Project

Discipline

Dispersive Techniques for mesons; Spectroscopy of light scalars

Lead
La QCD e' considerata oggigiorno la teoria che meglio descrive l'interazione forte.D'altra parte, lo spettro degli adroni più leggeri è tuttora oggetto discussione, dato che a basse energie la QCD diviene non-perturbativa, impedendo un calcolo teorico dello spettro.Inoltre, lo scattering pione-pione e pione-kaone rivestono un ruolo essenziale in quasi tutti i processi forti studiati dalle collaborazioni sperimentali in tutto il mondo;ciò è dovuto al fatto che pioni e kaoni, i mesoni più leggeri, interagiscono negli stati finali di tali processi, e ciò è vero soprattutto nel caso dei decadimenti dei mesoni Phi, D e B.L'assenza di ampiezze di scattering pione-pione e pione-kaone precise e model-independent è pertanto un ostacolo nel percorso verso conclusioni precise ed affidabili per molti dei processi che, altrimenti, potrebbero essere studiati.
Lay summary
Tuttavia, negli ultimi anni, l'utilizzo di tecniche di dispersione model-independent ha posto fine alla lunga controversia riguardante lo scattering pione-pione ad al suo spettro di massa a basse energie. Le relazioni di dispersione sono una conseguenza della causalità, la quale matematicamente si traduce in condizioni di analiticità per le ampiezze di scattering. Nel caso dello scattering e della spettroscopia mesone-mesone, le ampiezze di scattering sono espresse in termini di ampiezze d'onda parziale con momento angolare definito. S. M. Roy ha dimostrato che, per tali onde parziali, i vincoli di analiticità  per lo scattering elastico pione-pione si traducono in un sistema di equazioni integrali. Nel caso di scattering elastico pione-kaone esistono delle relazioni simili, dette equazioni di Roy-Steiner. Le equazioni di Roy e di Roy-Steiner forniscono dei constraints molto forti nel caso di scattering pione-pione e pone-kaone, permettendo di determinare lo spettro adronico in modo univoco. Sfortunatamente, ad oggi, le tecniche model-independent esistenti sono matematicamente limitate ad energie al di sotto di 1 GeV, rendendo perciò impossibile lo studio di particelle ed ampiezze ad energie al di sopra di 1 GeV. Lo scopo di tale proposta è quello di derivare un set di relazioni di dispersione per le ampiezze di onda parziale valide al di sopra di 1 GeV. L'elaborazione di tale proposta è stata motivata non solo dalla situazione nel campo, ma anche dalla richiesta di altri ricercatori e gruppi sperimentali. Tale estensione avrà un impatto significativo sugli esperimenti in corso per processi che includono pioni e kaoni, e sulla revisione delle incertezze nelle grandezze inerenti svariate particelle aventi massa superiore al GeV.

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Last update: 11.09.2017

Active participation

Light scalar mesons are a longstanding puzzle in our understanding of strong interactions. They are very relevant both for Nuclear and Particle Physics. For the former because they are largely responsible for nucleon-nucleon attraction, and for the latter due to their role in spontaneous Chiral Symmetry Breaking and the identification of glueballs - two fundamental features of QCD. Moreover, there is an ongoing worldwide experimental program on strong interactions (CERN, China, Germany, Japan & USA), looking for New Physics, where many results depend on final state interactions of pions and kaons and scalar meson production. Nevertheless, despite this relevance, their existence, properties and nature have been controversial for many decades, mostly due to the use of model dependent approaches and conflicting data sets.However, recently, and according to the Particle Data Group (PDG), there has been a radical and very substantial revision of pion-pion interactions and of the two lightest resonances below 1.1 GeV, the f0(500) or sigma meson and the f0(980), driven by model independent and precise dispersive techniques. In particular, my previous work has played a leading role in this progress, providing a set of model independent parameterizations describing pion-pion scattering below 1.1 GeV, which are being used by many theoretical and experimental groups.Encouraged by the requests of many colleagues, including experimentalists in active collaborations or PDG members, I plan to extend this remarkable success of dispersion theory to obtain a precise description of pion-pion scattering beyond 1 GeV up to the next resonant region, as well as to pion-kaon scattering, which should lead to another substantial revision of the lightest strange scalar resonance. This program will be extremely useful for a broad spectrum of application, ranging from the description of nucleon-nucleon scattering, the proton radius puzzle or the study of heavy-meson decay properties where pion appear in the final state interactions. For this purpose I will have to develop new methods to extend the existing dispersive formalism beyond 1 GeV and apply them, through intensive numerical calculations, to the analysis of data. Then I will provide model independent and ready to use parameterizations to the community, and precise determinations of resonance parameters.