Jun.-Prof. Farah Afzal und ihr Team untersuchen die fundamentalen Bausteine der Materie: Ihre Suche nach exotischen Teilchen beginnt am Jefferson Lab in Virginia, wo sie mithilfe des GlueX-Experiments exotische Hybrid-Mesonen suchen und erforschen.
Die neue Emmy-Noether-Gruppe an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat sich ein ehrgeiziges Ziel gesetzt: die Suche nach exotischen Teilchen. Im Fokus von Afzals Arbeit stehen beispielsweise eine spezielle Art von Hadronen: Hybrid-Mesonen, die aus Quarks, Antiquarks und Gluonen bestehen. Der Nachweis und die Erforschung dieser Teilchen ermöglichen neue Einblicke in die starke Wechselwirkung und die Struktur der Materie. Das Forschungsprojekt mit dem Titel „Erforschung des Mesonenspektrums mit 3π Photoproduktion und die Suche nach dem exotischen Hybridmeson π1(1600) mit Hilfe des GlueX-Experiments“ ist im Februar 2025 gestartet. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Vorhaben im Rahmen einer Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe mit rund 2,2 Millionen Euro für bis zu sechs Jahre.
Das GlueX-Experiment: Mit hochenergetischem Licht zu neuen Teilchen
Afzal arbeitet eng mit dem Jefferson Lab in Newport News, Virginia zusammen. Dort ist das Teilchenphysik-Experiment GlueX angesiedelt. Es nutzt einen Elektronenbeschleuniger, um Photonen zu erzeugen. Diese hochenergetischen Lichtstrahlen werden auf ein Proton-Target geschossen, wodurch verschiedene Teilchen entstehen – ein Vorgang, den man Photoproduktion nennt. Mit Hilfe verschiedener Detektoren können die Wissenschaftler*innen die Teilchen nachweisen und analysieren. „In Forschungsarbeiten zur Quantenchromodynamik wurden Hybrid-Mesonen bereits theoretisch vorhergesagt, mit dem GlueX-Experiment wollen wir sie jedoch erstmalig durch Photoproduktion experimentell nachweisen“, erklärt Afzal.
Das ist kein einfaches Vorhaben: Hybrid-Mesonen haben eine extrem kurze Lebensdauer von etwa 10-24 Sekunden, also ein Billionstel einer Billionstel Sekunde (!), bevor sie zerfallen. Um sie eindeutig von Hintergrundereignissen und bekannten Teilchen unterscheiden zu können, ist es wichtig, verschiedene Produktions- und Zerfallmechanismen zu studieren. Die Photoproduktion am GlueX-Experiment ist einer davon. Für diese Arbeit werden am Jefferson Lab über mehrere Monate hinweg rund um die Uhr Daten aufgenommen.
Neue Kooperationen und internationale Zusammenarbeit
Afzal freut sich, mit ihrer Emmy-Noether-Gruppe an der Ruhr-Universität angesiedelt zu sein. „Die RUB ist ein hervorragender Ort, um Hadronenphysik zu betreiben“, betont sie. „Das Fachgebiet ist hier bereits stark etabliert – mit einer guten Mischung aus experimenteller und theoretischer Forschung.“ Im Februar 2025 hat Afzal eine Juniorprofessur hier in Bochum angetreten, nachdem sie ihren Master und Doktor an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn abgeschlossen und dort als Postdoktorandin gearbeitet hat. Mit dem Jefferson Lab verbindet sie bereits eine langjährige Kooperation: 2023 hat sie dort sechs Monate als Research Scholar gearbeitet. Die Ergebnisse ihres Forschungsaufenthaltes wurden jüngst im Journal Physics Letters B veröffentlicht:
Measurement of spin-density matrix elements in Δ++(1232) photoproduction
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