Productie van vreemdheid aan het nucleon - een blik op vacuumpolarisaties
Begeleiding

  • Jannes Nys
  • Jan Ryckebusch (promotor)
    • Algemene context

      Quarks komen voor in een aantal verschillende smaken. De meeste materie bevat enkel "up" en "down" quarks.

      In kosmische straling en in deeltjesversnellers kan men ook deeltjes creëren met quarks van de "strange" smaak. Ook het proton bevat een (ongekende) hoeveelheid quark/anti-quark paren van de "strange" soort. Ze kunnen het best geïnterpreteerd worden als vacuümfluctuaties in het proton. We bestuderen processen waarbij na absorptie van een foton aan een proton hadronen met een van nul verschillend vreemdheidskwantumgetal geproduceerd worden. Voorbeelden van dergelijke hadronen zijn hyperonen en kaonen. Vreemdheid is een breed en fascinerend onderwerp van internationale studie met veel boeiende aspecten. Een overzicht van onderzoeksaspecten die internationaal aan bod komen vind je bijvoorbeeld HIER (WEBSITE van een recente workshop).

      De onderzoeksgroep beschikt over een uniek model dat het mogelijk maakt om de productie van kaonen over een heel groot energiegebied te beschrijven. Het model slaagt erin om de belangrijkste trends van de experimentele data adequaat te beschrijven. De recente publicatie van nieuwe experimentele gegevens heeft echter duidelijk gemaakt dat nog niet alle facetten van de kaonproductiereactie begrepen zijn. Vandaar de nood om het model bij te schaven en uit te breiden. Binnen onze onderzoekseenheid bestaat de mogelijkheid voor verschillende studenten om hieraan actief mee te werken.

      In een eerste fase van de masterproef kan men zich uiteraard inwerken in de literatuur omtrent kaonproductie en zich verdiepen in het formalisme dat gebruik maakt van concepten uit relativistische kwantumveldentheorie. Eenmaal de basis gelegd is, kan men, uitgaande van persoonlijke interesses, verschillende richtingen uit.

      Thesisonderwerp 1: elektroproductie van kaonen.

      Het Regge-plus-Resonance model dat ontwikkeld werd door de onderzoeksgroep is origineel ontworpen met als doel het modelleren van fotoproductie van kaonen [3]. In fotoproductie reacties interageert een on-shell foton met een nucleon, waardoor het in een geëexciteerde toestand gebracht wordt. In electroproductie vindt men hetzelfde subprocess terug, met de bijkomende uitdaging dat het inkomende foton off-shell, of virtueel is. Het voordeel van virtuele fotonen is dat ze als het ware toelaten in het nucleon te kijken.

      Via vormfactoren kan men de verbinding leggen tussen hadronische en partonische vrijheidsgraden. In de toekomst staan een hele hoop electroproductie experimenten gepland. Zo deed Jefferson Lab (JLab) onlangs een upgraden van zijn deeltjesversneller om hogere energieen te bereiken.

      Rechts zie je een foto van de nieuwe detector in JLab die zal toelaten nieuwe en onbegrepen fysica bloot te leggen. Een van de reacties waar het meeste ogen op gericht zijn is electroproductie van kaonen. Voor het analyseren van de data, is het aan ons, theoreten, om een model te ontwerpen die toelaat info over de vreemheid van het proton te extraheren aan de hand van vormfactoren.

      Het RPR model geeft ons de unieke kans een leidende rol te spelen in dit proces. In je thesis breidt je het RPR model naar een versie dat ook voor electroproductie uniek kan zijn in zijn soort. Dit betekent dat je onder andere locale ijksymmetrieen en longitudinale polarizaties in rekening moet brengen. Onlangs publiceerden Haberzettl et al. hoe men dit kan doen in een Regge model. In de thesis zal je dit recept uitdiepen en toepassen op het RPR model.



      Referenties:


      Thesisonderwerp 2: modelleren van hybride baryonen.

      Het mappen van het spectrum van het nucleon is een taak die vele theoreten bezighoudt. Deze taak is verre van triviaal, aangezien QCD in zijn niet-perturbatief regime een harde noot is om te kraken (het aantonen van confinement is zelfs een van de Millennium Prize Problems). Een van de meest succesvolle technieken om nucleon excitaties te voorspellen en begrijpen is door QCD op een rooster te doen (lattice QCD).

      Men kan de resultaten uit lattice QCD niet rechtstreeks testen in experimenten. Hiervoor zijn modellen nodig die de relevante informatie uit experimenten filteren. Via het RPR model vormt Gent een brug tussen experiment en fundamentele voorspellingen.

      Zoals je weet voorspelt QCD dat gluonen een belangrijke rol spelen in de interactie van fundamentele deeltjes. Een van de meest interessante voorspellingen die recent uit lattice QCD naar boven kwam, is het bestaan van zogenaamde 'hybride baryonen'. Dit zijn baryonen (excitaties van het nucleon in dit geval) waarvan de karakteristieken niet te begrijpen zijn in een 3-quark model. Het blijkt namelijk dat de gluonen een cruciale rol spelen, en meede een sleutelcomponent in de excitatie vormen.

      Zeer recent heeft het onderzoek in deze richting een serieuze boost gekregen. Via de nieuwe upgrade van de elektronenversneller Jefferson Lab is het binnenkort mogelijk om de aanwezigheid van deze bizarre baryonen al dan niet te bevestigen. Voor dit onderzoek werkt de onderzoeksgroep samen met de onderzoeksgroep in Rome die centraal staat in het op poten zetten van het nieuwe experiment. Onze onderzoeksgroep heeft als taak het vormen van theoretische voorspellingen van wat men binnenkort in het experiment kan verwachten. Via deze thesis kan je een belangrijke rol spelen in dit onderzoek.



      Referenties:


      [Terug naar overzicht thesisonderwerpen]