Asymptotisch freie geeichte Yukawa-Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Gies
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398579334

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Quantenfeldtheorie hat eine einzigartige Eigenschaft unter den physikalischen Theorien: Sie kann ihren eigenen Zusammenbruch vorhersagen. In einem solchen Fall erwarten wir, dass unsere Modelle durch eine bessere Beschreibung der Natur oberhalb einer bestimmten maximalen Gültigkeitsgrenze ersetzt werden. Die bisherigen Daten der experimentellen Teilchenphysik zeigen eine bemerkenswert genaue Übereinstimmung mit dem Standardmodell der Teilchenphysik – einer Quantenfeldtheorie, die einen solch begrenzten Gültigkeitsbereich zu haben scheint. Da die Schlüsselstruktur der Teilchenphysikmodelle die eines geeichten Yukawa-Systems ist, wurde in diesem Projekt die Möglichkeit erforscht, dass solche Yukawa-Systeme die Eigenschaft der asymptotischen Freiheit aufweisen. In diesem Fall verschwinden alle Wechselwirkungen zu hohen Energien hin, und das entsprechende Modell stellt eine „perfekte“ oder hochenergie-vollständige Quantenfeldtheorie dar, die prinzipiell fundamental sein könnte. Wir haben eine große Klasse von neuen, asymptotisch freien Yukawa-Systemen identifiziert, die viele strukturelle Eigenschaften des Standardmodells teilen, wie zum Beispiel einen Sektor mit starker Wechselwirkung, einen chiralen Eichsektor und einen skalaren Higgs-Sektor. Im Gegensatz zu herkömmlichen Studien haben wir vollständige Hochenergiemodelle identifiziert, für die das Higgs-Feld im kondensierten Bereich entlang des Renormierungsflusses auf beliebig kurzen Abstandsskalen verbleibt. Diese Ergebnisse bieten einen neuen Mechanismus zur Konstruktion asymptotisch freier Yukawa-Systeme, die konzeptionelle Konsistenz auf allen Skalen erreichen und mittels Vergleich zwischen experimentellen Daten und theoretischen Vorhersagen für Niederenergie-Observable falsifizierbar sind. Während dieser neue Mechanismus noch nicht in der Lage ist, die Skalenabhängigkeit einer abelschen Eichkopplung (z. B. der Hyperladung im Standardmodell) hochenergetisch vollständig zu machen, haben wir eine alternative Lösung für dieses berüchtigte Landau-Pol-Problem in Theorien wie der Quantenelektrodynamik gefunden: Ein zusätzlicher Pauli-Spinfeld-Kopplungsterm kann die abelsche Eichkopplung asymptotisch frei machen, und zwar auf Kosten einer quantenskaleninvarianten, asymptotisch sicheren Pauli-Kopplung. Obwohl dieser neue Mechanismus bemerkenswert robust ist, bleibt seine Einbettung in ein realistisches teilchenphysikalisches Modell eine interessante und relevante Frage für zukünftige Studien.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Asymptotic freedom in Z2 -YukawaQCD models. The European Physical Journal C, 79(2).
  Gies, Holger; Sondenheimer, René; Ugolotti, Alessandro & Zambelli, Luca
  
• BRST-invariant RG flows. Physical Review D, 99(8).
  Asnafi, Shimasadat; Gies, Holger & Zambelli, Luca
  
• Scheme dependence of asymptotically free solutions. The European Physical Journal C, 79(6).
  Gies, Holger; Sondenheimer, René; Ugolotti, Alessandro & Zambelli, Luca
  
• Asymptotically safe QED. The European Physical Journal C, 80(7).
  Gies, Holger & Ziebell, Jobst
  
• Critical Reflections on Asymptotically Safe Gravity. Frontiers in Physics, 8.
  Bonanno, Alfio; Eichhorn, Astrid; Gies, Holger; Pawlowski, Jan M.; Percacci, Roberto; Reuter, Martin; Saueressig, Frank & Vacca, Gian Paolo
  
• Background effective action with nonlinear massive gauge fixing. Physical Review D, 106(11).
  Gies, Holger; Gkiatas, Dimitrios & Zambelli, Luca
  
• Exploring new states of matter with a photonic emulator. Physical Review Research, 5(4).
  Karbstein, Felix; Stützer, Simon; Gies, Holger & Szameit, Alexander
  
• Pauli-term-induced fixed points in d-dimensional QED. The European Physical Journal C, 83(10).
  Gies, Holger; Tam, Kevin K. K. & Ziebell, Jobst
  
• Fermionic fixed-point structure of asymptotically safe QED with a Pauli term. The European Physical Journal C, 84(5).
  Gies, Holger & Tam, Kevin K. K.
  
• Interplay of chiral transitions in the standard model. The European Physical Journal C, 85(1).
  Gies, Holger; Schmieden, Richard & Zambelli, Luca