Spinstruktur und Nichtgleichgewichtsdynamik von Anomalien in Hochenergie-QCD Experimenten

• Antragsteller: Dr. Niklas Müller
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404640738

Während uns die meisten der fundamentalen Bausteine sichtbarer Materie des Universums, Protonen und Neutronen, und deren elementaren Bestandteile, Quarks und Gluonen, gegenwärtig bekannt sind, können wir die Entstehung der Eigenschaften dieser Materie und deren zugrunde liegenden Symmetrien nur sehr eingeschränkt verstehen.Die Erkenntnis der fundamentalen Bedeutung von Symmetrien und Symmetrieverletzungen ist prägend für die Entwicklung der modernen Physik. Unser momentanes Verständnis des sichtbaren Universums kann durch einige grundlegende Gleichungen, so genannte Eichtheorien, beschrieben werden und die Gesetzmässigkeiten der Physik können von den Symmetrieeigenschaften eben dieser Gleichungenzurückgeführt werden. Eine wichtige Quelle von Symmetrieverletzung kann jedoch nicht aus obigen Gleichungen abgeleitet werden: Quantenanomalienbeschreiben anomale Verletzungen von Symmetrien, deren Ursprung im Übergang von klassischer hin zu quantenmechanischer Welt zu finden ist.Die Bedeutung von Quantenanomalien in Systemen fernab des thermischen Gleichgewichts ist existenziell, da man diese für die Asymmetrie von Materie und Antimaterie im Universum verantwortlich macht. Obgleich ihrer fundamentalen Bedeutung, ist die experimentelle Überprüfung der Konsequenzen von Quantenanomalien bislang limitiert. Eine wichtige neue Entwicklung in diesem Zusammenhang spielen ultra-relativistische Schwerionenkollisionen, mittels deren der Zusammenhang von Quantenanomalien und der topologischen Struktur von Eichtheorien im Rahmen des Chiralen Magnetischen Effekt (CME) fernab des thermischen Gleichgewichts beobachtet werden könnten.Viele weitere Eigenschaften fundamentaler Materie sind wenig verstanden, ein wichtiges Beispiel ist der Spin des Protons, welcher gegenwärtig im Experiment nur zu etwa 30% auf die Eigenschaften von Quarks und Gluonen zurückgeführt werden kann. Das Verständnis der Struktur von Nukleonen in bislang unerforschten kinematischen Bereichen ist ein wichtiges Ziel des geplanten Electron-Ion Colliders (EIC) und in meinem Forschungsvorhaben möchte ich wichtige Impulse und Ideen zum theoretischen Vertständnis dieses zukünftigen Schlüsselexperiments liefern.Theoretische Beschreibungen der Nichtgleichgewichtsdynamik von anomalen und topologischen Phänomenen und der Struktur von stark wechselwirkender Materie bei hohen Energien sind äußerst schwierig. In der beigefügten Projektbeschreibung werde ich darstellen, wie ich die obigen Fragestellungen mittels neuartiger Techniken, wie Echtzeit-Gittersimulationen und des aus der Stringtheorie abgeleiteten 'World-Line' Ansatzesadressieren werde.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Dr. Björn Schenke; Professor Dr. Raju Venugopalan