Spinstruktur und Nichtgleichgewichtsdynamik von Anomalien in Hochenergie-QCD Experimenten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mein Forschungsprojekt befasst sich mit der nicht-Gleichgewichtsdynamik von anomalen und topologischen Phänomen in der Hochenergiephysik, bspw. in ultra- relativistischen Schwerionenkollisionen, aber auch in astrophysikalischen Systemen wie Neutronensternen und Supernovae oder dem primordialen Plasmas des frühen Universums. Quantitative Beschreibungen solcher Quantensysteme fernab des thermischen Gleichgewichts sind außerordentlich schwierig. In diesem Zusammenhang wurden chirale Plasmainstabiltäten und chirale Turbulenz in der Quanten- Elektrodynamik (der Quantentheorie der Elektrodynamik, d.h. von Licht, Atomen u.a.) untersucht. Diese Phänomene gelten als mögliche Mechanismen der Erzeugung makroskopischer Magnetfelder im frühen Universum. Des Weiteren wurden mittels der sog. Weltlinien Formulierung der Quantenfeldtheorie die Nichterhaltung fermionischer Chiralität im Hintergrund von topologischen Eichfeldern in effektiven kinetischen Theorien beschrieben. Ein weiterer wichtiger Schwerpunkt dieses Forschungsprojekts ist die Untersuchung der Struktur von Protonen und Atomkernen bei hohen Energien, welche am zukünftigen Elektronen-Ion-Collider (EIC) im Experiment getestet werden können. Im Grenzwert hoher Energien gelang uns quantitative Berechnung sog. Wigner-Distributionen von Protonen und Atomkernen in der sogenannten Color Glass Condensate effektiven Theorie, und die Vorhersage von experimentellen Wirkungsquerschnitten. Die große wissenschaftliche Unabhängigkeit durch das Forschungsstipendium ermöglichte es mir, eine völlig neue Forschungsrichtung einzuschlagen. In den vergangenen zwei Jahren beschäftigte ich mit der Frage, wie das noch junge Feld der Quanteninformationstechnologie dazu beitragen kann, schwierige Probleme in der Kern- und Hochenergiephysik, bspw. durch Berechnung auf Quanten- Computern oder Simulation mittels analoger Quantensimulatoren zu lösen. Motiviert durch das CP-Problem in der Theorie der starken Wechselwirkung (QCD) und meinen Erfahrungen mit der Echtzeitdynamik von anomalen Phänomenen, habe ich mich mit Nicht-Gleichgewichtsphänomenen im massiven Schwingermodel mit Theta-Term in 1+1 Raumzeitdimensionen befasst. In diesem Zusammenhang entdeckten wir einen zuvor unbekannten dynamischen topologischen Quantenphasenübergang. Die Offenlegung dieses Phänomens kann als robustes und realistisches Ziel für bereits existierende Quantencomputer und -simulatoren dienen. Ein weiterer Schwerpunkt meiner Forschung ist die Anwendung von Quantentechnologie für die ab initio Berechnung der Struktur von Protonen und Nukleonen, um Vorhersagen für Hochenergieexperimente treffen zu können. In diesem Zusammenhang entwickelten wir eine Strategie, die es erlaubt Streuprozesse in Teilchenphysikexperimente mittels digitaler Quantencomputer effizient zu simulieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Constructing phase space distributions with internal symmetries”,
Phys. Rev. D 99 (2019) 5, 056003
N.M., R. Venugopalan
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.056003) - “Diffractive Dijet Production and Wigner Distribution from the Color Glass Condensate”,
Phys. Rev. D 99 (2019) 7, 074004
H. Mäntysaaari, N.M., B. Schenke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.074004) - “Dynamical Topological Transitions in the Massive Schwinger Model with a theta term”, Phys. Rev. Lett 122 (2019) 5, 050403
T.V. Zache, N.M., J.T. Schneider, F. Jendrzejewski, J. Berges, P. Hauke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.050403) - “Chiral Instabilities and the Onset of Chiral Turbulence in QED Plasmas”,
Phys. Rev. Lett. 124 (2020) 19, 191604
M.Mace, N.M., S.Schlichting, S.Sharma
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.191604) - “Deeply Inelastic scattering structure functions on a hybrid quantum computer”,
Phys. Rev D 102 (2020) 1, 016007
N.M., A. Tarasov, R. Venugopalan
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.102.016007) - “Multigluon Correlations and Evidence of Saturation from Dijet Measurement at an Electron-Ion Collider”, Phys. Rev Lett. 124 (2020) 11, 112301
H. Mäntysaari, N.M., F. Salazar, B. Schenke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.112301) - “Non-cancelation of the parity anomaly in the strong field regime of QED2+1”, Phys. Lett. B 805 (2020) 135459
R. Ott, T.V. Zache, N.M., J.Berges
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.physletb.2020.135459) - “QCD resummation in Hard Diffractive Dijet Production at the Electron-Ion Collider”,
Phys. Lett. B 802 (2020) 135211
Y. Hatta, N.M., T. Ueda, F. Yuan
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.physletb.2020.135211)
