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Title
Pion cloud effects in the electromagnetic nucleon structure : a point-form approach / Daniel Kupelwieser
AuthorKupelwieser, Daniel
CensorSchweiger, Wolfgang
PublishedGraz, August 2016
Description124 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2016
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (GND)Pion / Nukleon / Elektromagnetische Eigenschaft
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-104891 Persistent Identifier (URN)
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Pion cloud effects in the electromagnetic nucleon structure [0.93 mb]
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Abstract (German)

Das wesentliche Ziel dieser Dissertation ist das Studium des Einflusses der Pionwolke auf die elektromagnetische Struktur des Nukleons. Den Ausgangspunkt bildet ein hybrides Konstituentenquarkmodell, welches zusätzlich zu den Valenzquarks auch Pionen als elementare Freiheitsgrade aufweist. Die Quarks unterliegen einem instantanen Confinement und können Pionen emittieren und absorbieren. Als theoretisches Grundgerüst dient uns die relativistische Quantenmechanik in Punktform. Elektron--Nukleon-Streuung wird als Mehrkanalproblem mit einem Bakamjian--Thomas-Massenoperator formuliert. Wir berechnen die relativistisch invariante Amplitude für Ein-Photonen-Austausch, von welcher der elektromagnetische Strom sowie die elektromagnetischen Formfaktoren des Nukleons abgeleitet werden. Es ergibt sich, dass die Grundelemente der Amplitude für den Ein-Photonen-Austausch die elektromagnetischen $\gamma N$- und starken $\pi N$-Formfaktoren der Drei-Quark Valenzkomponente des Nukleons (des "nackten" Nukleons) sind. (Der Grund dafür ist, dass wegen des instantanen Confinements nur Eigenzustände des reinen Confinement-Problems, d.h. nackte Baryonen, in Zwischenzuständen propagieren kännen.) Um diese Größen zu berechnen, verwenden wir die Parametrisierung der Drei-Quark Wellenfunktion nach Pasquini und Boffi, welche eine ähnliche Berechnung in der Frontform der relativistischen Dynamik durchführten. Unsere Ergebnisse sind vergleichbar mit jenen von Pasquini und Boffi und stimmen für Impulsüberträge von $Q 2\lesssim 5$GeV$ 2$ angemessen mit experimentellen Werten überein. Die Auswirkungen des Pionenaustauschs erweisen sich nur unterhalb von $Q 2\lesssim 0.5$GeV$ 2$ als signifikant. Als Nebenprodukt erhalten wir auch eine Vorhersage für die starke $\pi N$-Kopplungskonstante und den zugehörigen Vertex-Formfaktor, welche sich im Rahmen der $\pi N$-Phänomenologie bewegt.

Abstract (English)

The main objective of this thesis is to study the influence of the pion cloud on the electromagnetic structure of the nucleon. Our starting point is a hybrid constituent-quark model which contains, in addition to the valence quarks, also pions as elementary degrees of freedom. The quarks are subject to an instantaneous confining force and can emit and reabsorb the pions. The theoretical framework we use is relativistic quantum mechanics in its point-form realization. Electron--nucleon scattering is formulated as a multichannel problem for a Bakamjian--Thomas-type mass operator to account fully for the photon- and pion-exchange dynamics. We calculate the relativistically invariant one-photon-exchange amplitude for electron--nucleon scattering, from which the electromagnetic nucleon current and subsequently, the electromagnetic nucleon form factors are extracted. As it turns out, the basic ingredients to the one-photon-exchange amplitude are the electromagnetic $\gamma N$ and strong $\pi N$ vertex form factors of the (confined) three-quark valence component of the nucleon (called the "bare nucleon"). The reason is that, due to instantaneous confinement, only eigenstates of the pure confinement problem, i.e bare baryons, can propagate in intermediate states. In order to calculate the strong and electromagnetic form factors of the bare nucleon we adopt the parametrization of the three-quark wave function proposed by Pasquini and Boffi who performed a similar calculation within the front form of relativistic dynamics. Our form factor results are comparable with those of Pasquini and Boffi and for momentum transfers $Q 2\lesssim 5$GeV$ 2$ in reasonable agreement with experiment. Pion loop effects turn out to be only significant below $Q 2\lesssim 0.5$GeV$ 2$. As a byproduct we also obtain a prediction for the strong $\pi N$ coupling constant and the corresponding vertex form factor that is within the range of $\pi N$ phenomenology.

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