Baryon-2-Photon-Wechselwirkungen in einem Faddeev-Zugang

Die wesentliche Zielsetzung dieses Projektes ist das Erarbeiten eines Verständnisses der Wechselwirkung zwischen Baryonen und zwei Photonen, d.h. des Prozesses der Comptonstreuung an Baryonen, anhand ihrer zugrundeliegenden Substruktur in Form von Quarks und Gluonen. Letztere sind die elementaren Freiheitsgrade der Quantenchromodynamik (QCD), welche die fundamentale Theorie der starken Wechselwirkung darstellt. Comptonstreuung tritt in vielen interessanten physikalischen Kontexten auf. Ein prominentes Beispiel betrifft Zwei-Photon-Korrekturen in der experimentellen Bestimmung der elektromagnetischen Formfaktoren des Protons, die derzeit als Ursache für die Diskrepanz zwischen den Ergebnissen zweier unterschiedlicher Messmethoden vermutet werden. Andererseits kann die Comptonamplitude für große Photonimpulse als Konvolution eines harten Streuprozesses mit generalisierten Partondistributionen (GPDs), welche die nichtperturbative Substruktur des Nukleons parametrisieren, dargestellt werden. GPDs erlauben Zugang zu einer Fülle an interessanten Struktureigenschaften für Hadronen, und ihre Bestimmung aus Experimenten, Modellen sowie der Gitter-QCD ist zu einem fruchtbaren Forschungsgebiet herangewachsen. Die Crossing-Symmetrie der Compton-Amplitude erlaubt schließlich eine Beschreibung des Proton-Antiproton-Paarvernichtungsprozesses, der eine zentrale Rolle in zukünftigen Experimenten in der FAIR/GSI-Beschleunigeranlage in Darmstadt spielen wird. Im Zuge dieses Projektes soll die Compton-Streuamplitude in einem kovarianten Faddeevzugang beschrieben werden. Dieser basiert auf den Dyson-Schwinger-Gleichungen der QCD und stellt eine Verallgemeinerung von bestehenden Quark-Diquark-Studien für Baryonen dar. Die Bindung eines Baryons wird durch einen paarweisen Gluonaustausch zwischen zwei gedressten Quarks beschrieben, der im Kontext von verwandten Mesonstudien eine charakteristische Eigenschaft der QCD, nämlich spontane chirale Symmetriebrechung, realisiert. Die Nukleonamplitude als Lösung der Faddeevgleichung definiert den Input in der nachfolgenden Berechnung des Compton-Vertex, mit dessen Hilfe die erwähnten physikalischen Prozesse letztendlich untersucht werden sollen. Dies erlaubt die Berechnung von Zwei-Photon-Korrekturen zu Formfaktoren, die Beschreibung von Proton- Antiproton-Annihilation und die Untersuchung von GPDs in einem nichtperturbativen Kontinuumszugang zur QCD, der eng mit experimentellen Anstrengungen verknüpft ist und eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Entwicklungen in der Hadronenphysik darstellt.