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TRR 211:  Stark wechselwirkende Materie unter extremen Bedingungen

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315477589
 
Im frühen Universum und bei der Verschmelzung von Neutronensternen (NSMs) herrschen so extreme Temperaturen und Dichten, dass die Eigenschaften von Materie durch die Starke Wechselwirkung dominiert sind, was große Bedeutung für die Beobachtung dieser Phänomene und ihre theoretische Beschreibung hat. Derzeit werden enorme experimentelle Anstrengungen unternommen, um diese Bedingungen in Schwerionenkollisionen (HICs) zu reproduzieren und zu studieren. Unter Anwendung der fundamentalen Theorie der Starken Wechselwirkung, der QCD, auf solche extremen Situationen hat der SFB-TR 211 die theoretische Beschreibung der experimentellen Beobachtungen zum Ziel. Die Untersuchungen sind in Teilprojekte gegliedert, die thematisch in zwei Bereiche eingeteilt sind. Im ersten werden die Eigenschaften stark-wechselwirkender Materie unter extremen Bedingungen mit Hilfe QCD-basierter Methoden untersucht. Im zweiten Bereich werden diese Resultate auf HICs, NSMs und das frühe Universum angewendet.Die große Herausforderung in der Vorhersage der Eigenschaften stark-wechselwirkender Materie unter extremen Bedingungen besteht darin, dass die Wechselwirkung zwischen den Konstituenten der QCD, Quarks und Gluonen, sowohl stark ist als auch relativistisch behandelt werden muss. Die zuverlässigste Methode unter diesen Bedingungen ist die Gitter-QCD, welche die Dynamik der Quantenfelder numerisch in diskretisierter Raum-Zeit simuliert. Wir wenden diesen Zugang an, um thermodynamische Eigenschaften in vielen, u.a. bislang wenig studierten Bereichen zu untersuchen. Diese Methode hat allerdings Probleme bei großen chemischen Potentialen und bei der Untersuchung von Real-Zeit-Phänomenen. Deshalb erweitern wir das Spektrum der Methoden um effektive Theorien, Techniken der analytischen Fortsetzung und systematisch verbesserbare Näherungsmethoden wie die Funktionale Renormierungsgruppe. Diese Zugänge werden mit Resultaten der Gitter-QCD verglichen und dann zur Erweiterung des theoretisch beschreibbaren Bereichs genutzt. Dies erlaubt die Untersuchung der Phasenstruktur, des thermodynamischen Potentials und von Koeffizienten der dynamischen Antwort von stark-wechselwirkender Materie in einem weiten Bereich extremer Bedingungen.In der Anwendung dieser Resultate auf HICs, NSMs und das frühe Universum nutzen wir die Tatsache, dass stark-wechselwirkende Materie stark kollektives Verhalten zeigt. Dies erlaubt die theoretische Beschreibung auf der Basis der Hydrodynamik, welche zur Beschreibung von HICS und NSMs herangezogen wird. Wir erweitern diese unter Einbeziehung von Spin-Freiheitsgraden. Außerdem wenden wir die QCD an, um das Verhalten von schweren Quarks, von hoch-energetischen Teilchen (Jets) und von elektromagnetischen Signalen in HICs, sowie von Phänomenen basierend auf der Schwachen Wechselwirkung in NSMs vorauszusagen. Desweiteren untersuchen wir, welche Rolle die Starke Wechselwirkung für Dunkle Materie und primordiale Gravitationswellen spielt.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Technische Universität Darmstadt
Beteiligte Hochschule Justus-Liebig-Universität Gießen
Sprecher Professor Dr. Guy Moore, seit 7/2021; Professor Dr. Dirk H. Rischke, bis 6/2021
 
 

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