Photonen werden seit langer Zeit verwendet, um die Eigenschaften von „Materie“ zu untersuchen. Man denke an die Erfolgsgeschichte der mysteriösen elektromagnetischen Strahlung, die von Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt wurde (Röntgen-Strahlung). Seit 1895 erlauben uns Röntgenstrahlen in den lebenden menschlichen Körper hineinzuschauen.

Im Jahr 1900 beschrieb Max Planck die thermische elektromagnetische Strahlung, die von einem schwarzen Körper ausgeht, wenn er auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, und konnte die Änderungen des Spektrums vorhersagen, während sich die Temperatur änderte.

Virtuelle Photonen, die allgemeine Form der elektromagnetischen Strahlung, werden nach kurzer Zeit reell, indem ein Paar geladener Leptonen entsteht, zum Beispiel ein Elektron und ein Positron.

Während des Ablaufs einer Schwerionenkollision können virtuelle Photonen genutzt werden, um „Röntgen-Bilder“ (elektromagnetische Spektralfunktionen im Medium) zu beobachten und „Planck-artige Spektren“ (die Temperatur der Quelle) stark wechselwirkender Materie zu messen.

Reelle und virtuelle Photonen, die von der heißen und dichten Kollisionszone in Schwerionenreaktionen abgestrahlt werden, sind eine einzigartige Möglichkeit, die Eigenschaften der stark-wechselwirkenden Materie unter extremen Bedingungen zu untersuchen. Elektromagnetische Sonden (Dileptonen und Photonen) übermitteln wichtige Informationen über die zerfallenden Objekte zu den Detektoren, ohne von der starken Endzustands-Wechselwirkung beeinflusst zu werden, während sie das Medium durchqueren. Hauptziele der Untersuchungen sind das Verständnis des Mechanismus der dynamischen Brechung der chiralen Symmetrie, Änderungen der Freiheitsgrade und die mögliche Entdeckung unkonventioneller Materiezustände.

Unsere Gruppe verfolgt ein Dileptonenprogramm an der GSI mit HADES, am Beschleunigerkomplex des BNL mit STAR und an der im Bau befindlichen Anlage FAIR mit CBM, um systematisch zu untersuchen, wie sich die Dileptonensignale über das QCD-Phasendiagramm ändern und damit Aufschluss über die Phasenstruktur liefern. Besonderer Fokus liegt auf Materie bei hohen Netto-Baryonendichten und relativ niedrigen Temperaturen.

Real and virtual photons emitted from the hot and dense collision zone formed in heavy-ion reactions are a unique tool for investigating properties of strong-interaction matter under extreme conditions. Electromagnetic probes (dileptons and photons) carry important information about the decaying objects to the detectors without being affected by strong final-state interaction while traversing the medium. The key objective of using dileptons as probes is to gain insight to the mechanism of dynamical chiral symmetry breaking, changes in the degrees of freedom, and possibly to discover unconventional states of matter.