Autoren:	Djukanovic, Dalibor
Titel:	Virtual Compton scattering in baryon chiral perturbation theory
Online-Publikationsdatum:	12-Aug-2008
Erscheinungsdatum:	2008
Sprache des Dokuments:	Englisch
Zusammenfassung/Abstract:	This thesis is concerned with the calculation of virtual Compton scattering (VCS) in manifestly Lorentz-invariant baryon chiral perturbation theory to fourth order in the momentum and quark-mass expansion. In the one-photon-exchange approximation, the VCS process is experimentally accessible in photon electro-production and has been measured at the MAMI facility in Mainz, at MIT-Bates, and at Jefferson Lab. Through VCS one gains new information on the nucleon structure beyond its static properties, such as charge, magnetic moments, or form factors. The nucleon response to an incident electromagnetic field is parameterized in terms of 2 spin-independent (scalar) and 4 spin-dependent (vector) generalized polarizabilities (GP). In analogy to classical electrodynamics the two scalar GPs represent the induced electric and magnetic dipole polarizability of a medium. For the vector GPs, a classical interpretation is less straightforward. They are derived from a multipole expansion of the VCS amplitude. This thesis describes the first calculation of all GPs within the framework of manifestly Lorentz-invariant baryon chiral perturbation theory. Because of the comparatively large number of diagrams - 100 one-loop diagrams need to be calculated - several computer programs were developed dealing with different aspects of Feynman diagram calculations. One can distinguish between two areas of development, the first concerning the algebraic manipulations of large expressions, and the second dealing with numerical instabilities in the calculation of one-loop integrals. In this thesis we describe our approach using Mathematica and FORM for algebraic tasks, and C for the numerical evaluations. We use our results for real Compton scattering to fix the two unknown low-energy constants emerging at fourth order. Furthermore, we present the results for the differential cross sections and the generalized polarizabilities of VCS off the proton. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Berechnung der virtuellen Compton-Streuung (VCS) in manifest Lorentz-invarianter baryonischer chiraler Störungstheorie bis zur vierten Ordnung in der Impuls- und Quarkmassenentwicklung. In der Einphotonaustauschnäherung ist der VCS-Prozess experimentell in der Photonelektroproduktion zugänglich und wurde am Beschleuniger MAMI in Mainz, sowie am MIT-Bates und am Jefferson Lab gemessen. Durch VCS erhält man neue Informationen über die Struktur des Nukleons jenseits seiner statischen Eigenschaften wie Ladung, magnetisches Moment oder Formfaktoren. Das Verhalten des Nukleons unter dem Einfluss elektromagnetischer Felder wird durch 2 spinunabhängige (skalare) und 4 spinabhängige (vektorielle) generalisierte Polarisierbarkeiten (GP) parametrisiert. In Analogie zur klassischen Elektrodynamik lassen sich die 2 skalaren GPs als induzierte elektrische und magnetische Dipole deuten. Für die vektoriellen GPs ist eine klassische Interpretation deutlich schwieriger. Sie werden über eine Multipolentwicklung der VCS-Amplitude hergeleitet. Diese Arbeit stellt die erste Berechnung aller GPs in manifest Lorentz-invarianter baryonischer chiraler Störungstheorie dar. Hierfür müssen 100 Einschleifendiagramme berechnet werden. Aufgrund der vergleichsweise großen Anzahl an Einschleifendiagrammen wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Computerprogramme zur Berechnung von Feynmandiagrammen entwickelt. Man kann hier zwei Entwicklungsstränge unterscheiden. Zum einen benötigen wir Computerprogramme zur algebraischen Manipulation großer Ausdrücke, zum anderen stellt sich das Problem von numerischen Instabilitäten bei der Berechnung der Einschleifenintegrale. Wir stellen in dieser Arbeit unsere Vorgehensweise dar, wobei für den algebraischen Teil Mathematica und FORM verwendet wurden, und der numerische Teil durch C-Programme realisiert wurde. Wir benutzen unsere Ergebnisse für die reelle Compton-Streuung, um die beiden unbekannten Niederenergiekonstanten der vierten Ordnung zu bestimmen. Schließlich präsentieren wir unsere Resultate für die differentiellen Wirkungsquerschnitte und die generalisierten Polarisierbarkeiten für VCS am Proton.
DDC-Sachgruppe:	530 Physik 530 Physics
Veröffentlichende Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Veröffentlichungsort:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2618
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-16918
Version:	Original work
Publikationstyp:	Dissertation
Nutzungsrechte:	Urheberrechtsschutz
Informationen zu den Nutzungsrechten:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Enthalten in den Sammlungen:	JGU-Publikationen