Protonendrehungsstruktur und anomale gluonen

Ziel dieses Projekts ist das Verständnis der internen Quarkstruktur der Materie und fundementalen Eigenschaften in Zusammenhang mit Spin und dynamischer Symmetrieberechnung. Die Interpretation von Daten aus neuen und laufenden Experimenten an Teilchenbeschleunigern in Europa und den Vereinigten Staaten von Amerika sollten zu neuen und aufregenden Erkenntnissen zur fundamentalen Struktur der Materie. Das Verständnis des Protonenspins und die Energie des subatomaren Vakuums ist eine der herausfordernsten offenen Fragen in der Teilchenphysik. Schlüsselexperimente der Teilchenphysik am CERN (Genf), DESY (Hamburg) und SLAC (Stanford) haben offenbart, dass nur etwa 30% des Protonenspins durch die Spins seiner Quarkbestandteile versursacht werden. Dies ist ungefähr die Hälfte der aus relativistischen konstituierenden Quark- Modellen ("relativistic constituent quark models") vorhergesagten 60%. Diese experimentelle Entdeckung hat unser Verständnis der inneren Struktur des Protons herausgefordert und ein globales Programm der experimentellen sowie theoretischen Forschung angeregt, um die Rolle des Spins in der inneren Struktur des Protons zu verstehen. Im engen Kontakt mit experimentellen Gruppen am CERN und RHIC (New York) durchgeführte theoretische Studien machen echte Fortschritte hin zum Verständnis wie der Spin des Protons auf seine Quarks und Gluonen verteilt ist. Der "fehlende Spin" scheint eine Eigenschaft des Valenzquarks (die führende Fock-Komponente der Proton- Wellenfunktion) zu sein. Die Frage, ob der Spin unterdrückt ist, hängt von den Details der dynamischen, Symmetriebrechung im Proton ab. Das Projekt betont Synergien und zum gegenseitigen Vorteil enge Wechselwirkung zwischen Theorie und Experiment, auch zur Verbindung des Protonenspinproblems mit dem berühmten axialen U(1)-Problem der QCD, der Rolle der gluonischen Freihatsgrade in der dynamischen chiralen Symmetriebrechung.

Das Projekt hat zu einem besseren Verständnis einer Schlüsselfrage der Quantenchromodynamik (QCD, der Theorie der Quarks und Gluonen) geführt: Die interne Spin Struktur des Protons und die Dynamiken des ? Mesons, eines aufgrund seiner starken Kopplung an Gluonen speziellen Teilchens. Aus Experimenten wissen wir, dass die Quarks im Proton nur 35 % zum Protonenspin beitragen. Woher kommt der restliche Beitrag zum Spin, und warum ist der Beitrag des Quark-Spins so klein? In einem Artikel der Reviews of Modern Physics (2013), den ich gemeinsam mit den führenden Experimentalphysikern C. A. Aidala, D. Hasch und G. K. Mallot zusammen verfasst habe, fassen wir die theoretischen und experimentellen Fortschritte auf diesem Feld eines umfangreichen globalen Programms der letzten 25 Jahre zusammen und definieren den Rahmen für zukünftige Experimente. Jüngste Experimente, die die Wechselwirkungen zwischen ? Meson und Atomkern untersuchen, haben gezeigt, dass die Masse des ? Mesons in einem Nukleus vier Prozent weniger beträgt als im freien Raum. Diese Massenverschiebung wurde von A. W. Thomas und mir 2006 vorhergesagt. Neue theoretische Arbeiten in enger Beziehung zu Experimenten in Bonn, FZJülich und der GSI haben zu einem größeren Verständnis dieses Effekts und der Rolle der Gluonen bei den Wechselwirkungen zwischen ? Mesonen und Nukleonen als auch Nuklei geführt. Die erste Messung der Streulänge des ? Meson - Nukleons, eine wichtige Größe, die die NiedrigEnergieWechselwirkung des ? Mesons mit Protonen determiniert, wurde in PhysicalReviewLetters zusammen mit der COSY11 Kollaboration (P. Moskal et al.) 2014 publiziert. Zusätzlich zur QCD wurden neue Ideen zur kosmologischen Konstante bzw. Dunklen Energie und ihrer Verbindungen zur Teilchenphysik entwickelt, die die Dunkle Energie, welche die beschleunigte Expansion des Universums beschreibt, mit LHCMessungen des HiggsBosons am CERN und Neutrinophysik verknüpfen.