Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4007
Kubis, Bastian
Strong interactions and Electromagnetism on Low-Energy HADRON Physics
III, 186 S., 2003
In dieser Arbeit werden verschiedene Aspekte des Zusammenspiels von starker und
elektromagnetischer Wechselwirkung studiert, wie sie in niederenergetischer
Hadronenphysik studiert werden können. Im Rahmen der chiralen Störungstheorie
werden dabei zwei Aspekte untersucht: die Struktur von Baryonen, wie sie von äußeren
elektromagnetischen Strömen getestet werden kann, sowie die Modifikation starker
Reaktionen durch innere (virtuelle) Photonen. Im ersten Teil der Arbeit werden
elektromagnetische Formfaktoren untersucht, sowohl die der Nukleonen als auch die
des baryonischen Grundzustandsoktetts; des weiteren analysieren wir die sogenannten
seltsamen Formfaktoren des Nukleons. Schwerpunkte liegen auf dem Vergleich eines
neuen relativistischen Rechenschemas für Schleifendiagramme mit dem Formalismus
schwerer Baryonen, und auf der Untersuchung der Konvergenz von Korrekturen
höherer Ordnung in beiden Formalismen. Es wird gezeigt, dass das neue Schema sowohl
zu einer phänomenologisch erfolgreicheren Beschreibung führt als auch ein besseres
Konvergenzverhalten aufweist. Im zweiten Teil wird Isospinverletzung in Pion-Kaon
Streuung untersucht, verursacht sowohl durch virtuelle Photonen als auch durch den
Massenunterschied der leichten Quarks. Diese Rechnung ist besonders wichtig für die
Extraktion von Streulängen aus den Messungen von Lebensdauer und Energieniveaus
von Pion-Kaon Atomen. Es wird gezeigt, dass die isospinbrechenden Korrekturen
klein und hinreichend gut unter Kontrolle sind.
In the present work, we study various aspects of the entanglement of the strong and
electromagnetic interactions as it is manifest in low-energy hadron physics. In the
framework of chiral perturbation theory, two aspects are investigated: the test of the
structure of baryons as probed by external electromagnetic currents, and the
modification of reactions mediated by the strong interactions in the presence of internal
(virtual) photons. In the first part of this work, we study the electromagnetic form
factors of nucleons and the ground state baryon octet, as well as strangeness form
factors of the nucleon. Emphasis is put on the comparison of a new relativistic scheme
for the calculation of loop diagrams to the heavy-baryon formalism, and on the
convergence of higher-order corrections in both schemes. The new scheme is shown to
yield both a phenomenologically more successful description of the data and better
convergence behaviour. In the second part, we study isospin violation in pion-kaon
scattering as mediated by virtual photon effects and the light quark mass difference.
This investigation is of particular importance for the extraction of scattering lengths
from measurements of lifetime and energy levels in pion-kaon atoms. The isospin
breaking corrections are shown to be small and sufficiently well under control.
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