Isospin-Suppressed Charmonium Transitions below the Open-Charm Threshold

De massa van zichtbare materie is afkomstig van de bouwstenen van atoomkernen: protonen en neutronen. Deze deeltjes maken deel uit van de groep van “hadronen”: materie dat is opgebouwd uit elementaire “quarks” met verschillende “smaken” (up, down, charm, strange, top, bottom) die onderling met elkaar gebonden zijn door de sterke kracht. Tot voor kort werden alleen hadronen gevonden die zijn samengesteld uit hetzij drie quarks (baryonen) of paren van een quark en een antiquark (mesonen). In het laatste decennium werd een geheel nieuwe klasse van onconventionele hadronen ontdekt. De compositie van deze deeltjes is echter nog een mysterie. Symmetrieën spelen een fundamentele rol in het doorgronden van de structuur van materie. Bij hadronen wordt "isospin" geacht een goede symmetrie te zijn als gevolg van de smaak-onafhankelijkheid van de sterke interactie. Signalen die een schending van isospin laten zien, zijn gevoelige sondes die de geheimen van het onconventionele karakter van hadronen kunnen onthullen. Dit proefschrift is gewijd aan een systematische studie van isospin-schendende overgangen in charmonium, een meson bestaande uit een charm en een anti-charm quark paar. Charmonium werd 40 jaar geleden ontdekt en dient als een ideale laboratorium voor het observeren en interpreteren van isospin-schendende overgangen. Gegevens werden geoogst bij een internationale elektron-positron Collider in Beijing, China. De resultaten uit dit werk dragen bij aan de ontwikkeling van een state-of-the-art rekenmodel afgeleid van de algemeen aanvaarde theorie van de sterke wisselwerking, de Quantum Chromo Dynamica.The mass of visible matter stems from the building blocks of atomic nuclei, namely protons and neutrons. They are a subclass of so-called "hadrons": matter that is made out of quarks of different “flavors” (up, down, charm, strange, top, bottom) and bound together by the strong force. Until very recently, only hadrons were found that are composed of either three quarks (baryons) or pairs of a quark and an antiquark (mesons). In the last decade, a whole new class of unconventional hadrons was discovered whose nature remains a mystery. Symmetries play a fundamental role in our understanding of the structure of matter. In the case of hadrons, "isospin" is considered to be a good symmetry as a consequence of the flavor independence of the strong interaction. Signals that reveal a breaking of isospin are sensitive probes that potentially reveal the secrets of the unconventional nature of hadrons. This thesis is dedicated to a systematic study of isospin-breaking transitions in charmonium, a meson composed of a charm and an anti-charm quark pair. Charmonium was discovered 40 years ago and serves as a clean environment to observe and to interpret isospin-breaking mechanisms. Data were harvested at the electron-positron collider in Beijing, China. The results presented in this work are an important input to state-of-the-art calculations that are presently in development and are derived from the generally accepted theory of the strong interaction, the Quantum Chromodynamics