Neue Physik aus Gittersimulationen von stark wechselwirkenden Eichtheorien

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Georg Bergner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319989789

Mit der Entdeckung des Higgsteilchens ist die Suche nach den Bestandteilen des Standardmodells der Teilchenphysik abgeschlossen. In weiten Teilen hat diese Theorie und ihre experimentelle Verifizierung Bestand. Jedoch bleiben wichtige Fragen bis heute offen. Aus dem Standardmodell ergibt sich keine Erklärung für die dunkle Materie, die nach astronomischer Beobachtung einen großen Teil der Energiedichte des Universums ausmacht. Weitere konzeptionelle Probleme sind verbunden mit der Vereinheitlichung der fundamentalen Wechselwirkungen und den großen quantenfeldtheoretischen Korrekturen der Higgsmasse. Bislang gibt es eine ganze Reihe von Ansätzen, diese theoretischen Probleme zu lösen und das Standardmodell zu erweitern. Das vorliegende Projekt soll sich den Fragen nach einer konsistenten Erweiterung des Standardmodells widmen und sieht einen Schlüssel im genaueren Verständnis stark wechselwirkender supersymmetrischer Theorien und sogenannter Technicolour-Theorien. Da sich die Eigenschaften wesentlich von denen der starken Wechselwirkung des Standardmodells, der Quantenchromodynamik, unterscheiden müssen, sind vor allem Eichtheorien mit Fermionen in der adjungierten Darstellung für die Untersuchungen geeignet. Ziel des Projekts ist es, diese Theorien mit Hilfe von Gittersimulationen besser zu verstehen und ihre Anwendbarkeit in Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik zu untersuchen. Dabei geht es vor allem um drei Fragestellungen, die aufgrund der Komplexität der starken Wechselwirkungen nur durch diese numerische nicht-perturbative Methode beantwortet werden können: das Spektrum von gebundenen Zuständen, die Phasenübergänge und die Anzeichen für ein nahezu konformes Verhalten. Neue numerische Methoden, die bereits sehr erfolgreich in den Untersuchungen der Quantenchromodynamik verwendet werden, sollen dabei zum Einsatz kommen. Die Ergebnisse geben unter anderem Hinweise auf mögliche neue Teilchen. Die Untersuchung der neuen stark wechselwirkenden Theorien jenseits des Standardmodells eröffnet zusätzlich eine neue Perspektive auf die Mechanismen der starken Wechselwirkung im Standardmodell selbst und bietet damit den Ausgangspunkt für eine Reihe theoretischer Ansätze für ein besseres analytisches Verständnis der Quantenchromodynamik. Die Gittersimulationen sollen zeigen, welchen Gültigkeitsbereich diese Ansätze haben. Das Projekt soll außerdem eine Antwort darauf geben, wie sich Supersymmetrie in den numerischen Verfahren realisieren lässt. Dieses Projekt kann der Ausgangspunkt für eine Reihe weiterführender Untersuchungen sein: So können zum Beispiel die Eigenschaften stark wechselwirkender dunkler Materie oder Kopplungen des Standardmodells an exotische gebundene Zustände aus Fermionen und Eichbosonen untersucht werden. Gittersimulationen von supersymmetrischen Theorien sind zudem eine interessante Möglichkeit im Hinblick auf eine Überprüfung der AdS/CFT Korrespondenz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen