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Die fundamentale Quantenstruktur der Raumzeit und der Materie

Fachliche Zuordnung Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
Förderung Förderung von 2016 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288951741
 
Erstellungsjahr 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Ziel des Projekts war es, die Quanteneigenschaften der Gravitation zu erforschen: So wie die drei anderen fundamentalen Kräfte (Elektromagnetismus, schwache und starke Kernkraft) Quanteneigenschaften haben, so erwartet man, dass auch die Gravitation Quanteneigenschaften hat. Trotz intensiver Forschung über mehrere Jahrzehnte ist es bisher ein Rätsel geblieben, wie sich Quanteneigenschaften der Gravitation beschreiben lassen. Dieses Projekt hat in zwei Forschungslinien Fortschritt erzielt: 1. Aus dem Zusammenspiel von Quantengravitation mit den Elementarteilchen und fundamentalen Kräften des Standardmodells der Teilchenphysik wurden Tests einer Theorie der Quantengravitation entwickelt. 2. Um besonders herausfordernde theoretische Fragen zur Quantengravitation beantworten zu können, wurden die Stärken verschiedener theoretischer Ansätze zur Quantengravitation zusammengeführt. Über die Projektlaufzeit hinweg wurde eine Vielzahl neuer Ergebnisse erzielt, von denen im Folgenden zwei, die besondere Tragweite haben, kurz beispielhaft erklärt werden: Bisher ist es eine offene Frage, warum unterschiedliche Elementarteilchen unterschiedliche Massen haben, d.h., unterschiedlich schwer sind. Seit der Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC weiß man, dass die Massen durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld erzeugt werden. Warum aber unterschiedliche Elementarteilchen unterschiedlich stark mit dem Higgs-Feld wechselwirken und unterschiedlich schwer werden, ist eine offene Frage. Es wurde die Hypothese entwickelt und gestützt, dass die Antwort im Zusammenspiel mit der Quantengravitation liegt: Beispielsweise könnte das Top-Quark (das schwerste aller bekannten Elementarteilchen) so viel schwerer sein als das Bottom-Quark, weil Quantengravitation eine verstärkte Wechselwirkung zwischen Top-Quark und Higgs-Feld hervorruft. - Beobachtungen von Galaxien sowie der kosmischen Hintergrundstrahlung legen nahe, dass es neben den Elementarteilchen des Standardmodells noch weitere Elementarteilchen geben muss, die sogenannte Dunkle Materie. Aus welchen Elementarteilchen sie sich zusammensetzt, ist eine offene Frage. Es wurde das spannende Ergebnis erzielt, dass das Zusammenspiel mit der Quantengravitation wichtige Aufschlüsse über die Natur der Dunklen Materie geben könnte: Gezeigt wurde, dass ein populäres Modell der Dunklen Materie nicht mit Quantengravitation kompatibel ist. Der Parameterraum, der experimentell abgesucht werden muss, kann durch solche Ergebnisse erheblich eingeschränkt werden. Die Forschungsergebnisse wurden international wahrgenommen und führten zu 24 eingeladenen internationale Konferenzvorträgen und 16 eingeladene Seminarvorträgen der Gruppenleiterin sowie zahlreichen weiteren Vorträgen von Gruppenmitgliedern. Weiterhin wurden die Forschungsergebnisse in einem eingeladenen Artikel in „Spektrum der Wissenschaft“ dargestellt, der für die Ausgabe 02/2019 den Titelartikel darstellte, und für die spanische „Investigacion y Sciencia“ übersetzt wurde. Außerdem wurde die Gruppenleiterin zu öffentlichen Vorträgen über ihre Forschung eingeladen, unter anderem ins Science Museum in Barcelona (CosmoCaixa), wo der Vortrag simultan ins Spanische und Catalan übersetzt wurde. Ein Youtube-Video der Gruppenleiterin zu den Forschungsergebnissen ist mehr als 15.000 Mal angesehen worden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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