Verallgemeinerte Parton-Verteilung

Parton ist ein Überbegriff für die Substrukturen eines Hadrons, also Quarks und Gluonen. Der theoretische Rahmen der verallgemeinerten Parton-Verteilungen (engl. Generalized Parton Distributions, GPDs) wurde erst kürzlich entwickelt und sorgte für Begeisterung im Bereich der Nukleonenstruktur-Forschung. Es konnte gezeigt werden, dass die Annihilation von Antiproton und Proton in zwei Photonen bei hohen Schwerpunktsenergien durch GPDs beschrieben werden kann. Es ergibt sich eine Abschätzung von mehreren Tausend solcher Prozesse pro Monat bei einer Luminosität von 2∙10³²/(cm²∙s) und einer Schwerpunktsenergie von 3,2 GeV.

Andere Abschätzungen, die auf dem Wirkungsquerschnitt des inversen Prozesses (der Produktion eines Proton-Antiproton-Paares aus der Fusion zweier Photonen) beruhen, prognostizieren um einen Faktor 50 größere Raten.

Es ist von Interesse, weitere ähnliche Antiproton-Proton-Annihilationsprozesse, die ein Lepton-Paar, ein skalares oder vektorielles Meson produzieren, zu untersuchen. Der Vergleich der verschiedenen Wirkungsquerschnitte für die verschiedenen Prozesse mit GPD-basierten Modellen wird zu neuen Erkenntnissen über den Annihilationsprozess hinsichtlich des Quark-Modells und der QCD führen.

Der Formfaktor ist eine Funktion, die aus den Ergebnissen von Streuexperimente ermittelt werden kann und eine Dichteverteilung eines Systems beschreibt. So beschreibt beispielsweise der elektromagnetische Formfaktor die Ladungsverteilung. Erkenntnisse über diesen Formfaktor können nicht nur aus der Streuung eines Elektrons an einem Proton gewonnen werden, sondern auch aus der Annihilation eines Proton-Antiproton-Paares in ein Elektron-Positron-Paar, man spricht dann vom zeitartigen elektromagnetischen Formfaktor des Protons. Für niedrige Schwerpunktsenergien wurde der zeitartige elektromagnetische Formfaktor des Protons bereits von zahlreichen Experimenten gemessen. Ergebnisse für hohe Schwerpunktsenergien gibt es nur von Messungen bei den Experimenten E760 und E835 am Fermilab. Durch sehr geringe Statistik war es allerdings nicht möglich den elektrischen und magnetischen Anteil unabhängig voneinander zu bestimmen. Beim P̅ANDA-Experiment wird es möglich sein den Formfaktor des Protons über einen sehr großen Schwerpunktsenergie-Bereich zu bestimmen. Durch sehr viel höhere Statistik und bessere Winkelabdeckung wird es möglich sein deutlich präzisere Ergebnisse zu erzielen und den elektrischen und magnetischen Anteil unabhängig voneinander zu bestimmen.