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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Letzte Änderung: 07.06.2022