Seltene hadronische Prozesse
in Kernmaterie


Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt auf Beiträge zum Phänomen "Masse" von Teilchen ab. Durch direkte elektromagnetische Sonden sollen insbesondere Vektormesonen in Kernmaterie mit dem HADES-System detektiert werden. Eine Verschiebung der energieabhängigen Anregungsstärke kann dabei als eine Massenmodifikation der Vektormesonen angesehen werden. Vektormesonen sind Dipolanregungen des quanten-chromodynamischen Grundzustands. Analog zu dem Zeeman-Effekt, bei dem das Anregungsspektrum von Atomen durch ein äußeres magnetisches Feld verändert wird, erwartet man eine Änderung der Dipolanregungen (Vektormesonen) im äußeren Feld der starken Wechselwirkung, das durch Kernmaterie erzeugt wird.

Die zentrale Idee des HADES-Vorhabens besteht in der Identifizierung der Vektormesonen (V = ρ, ω und Φ) durch ihre elektromagnetischen Zerfälle in virtuelle Photonen (Elektron-Positron-Paare e-+e+). Die Wechselwirkung der Elektronen und Positronen mit der umgebenden Kernmaterie ist gering und sie tragen daher unverfälschte Information über die spektrale Verteilung der innerhalb der Atomkerne zerfallenden Vektormesonen. Die elektromagnetischen Zerfälle V-> e++e- sind seltene Prozesse, die durch ein kompliziertes Triggersystem aus dem Datenstrom prompt selektiert werden.

HADES wurde von einer internationalen Kollaboration am Schwerionensynchrotron SIS der GSI Darmstadt aufgebaut. Durch die Mitarbeit in dieser Kollaboration mit ca. 100 Wissenschaftlern erfolgt ein intensiver Wissenstransfer auf der Teilchenphysik (Monte-Carlo-Simulationen, Detektorbau, schnelle Front-End-Elektronik, Datenanalysi), der dem HZDR und vor allem ELBE zugute kommt. Der technische Beitrag des ISP zu diesem weltweit einmaligen Spektrometer besteht im Bau und dem Betreiben von Detektoren (Multi-wire Drift Chambers - MDC) und der Daten-Auswertung, die vor allem von aus Projektmitteln finanzierten Doktoranden geleistet wird.

Diese Auswertungen werden von theoretischen Analysen begleitet um herauszufinden, welche Medium-Modifikationen der Vektormesonen nötig sind, um die Daten zu beschreiben. Die Theoretiker des Instituts haben dazu QCD-Summenregeln, effektive hadronische Modelle sowie Transportcodes entwickelt.

HADES hat drei Arbeitsfelder: (i) Schwerionenexperimente mit Kernen kleinerer Massenzahlen, (ii) Elementarreaktionen am Proton und Deuteron mit dem Protonen- und Pionenstrahl, und (iii) Schwerionenreaktionen mit Kernen hoher Massenzahlen. Primäres Ziel von HADES sind Präzisionsmessungen von e+e- -Paaren, mit dem Ziel, Medium-Modifikationen der leichten Vektormesonen zu identifizieren. Dazu sind die analysierten Daten mit komplexen Modellen zu vergleichen.