Starke Wechselwirkungen jenseits des Standardmodells: Supersymmetrie auf dem Gitter, Dualitäten und Confinement

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Georg Bergner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432299911

Die zentralen ungelösten Probleme der modernen Teilchenphysik erfordern es, neue analytische Konzepte und Lösungsansätze zu finden und diese gleichzeitig mit Hilfe numerischer Verfahren zu überprüfen und wesentlich zu erweitern. Ziel ist dabei nicht nur eine Übereinstimmung der numerischen oder experimentellen Daten sondern ein grundlegendes Verständnis der fundamentalen Theorie und zugrundeliegender Mechanismen. Dieses Projekt gründet sich auf das Wechselspiel aus numerischen Rechnungen und neuen theoretischen Konzepten.In der Teilchenphysik wird unser derzeitiger Erkenntnisstand im Standardmodell zusammengefasst. Die zentralen ungelösten Probleme sind dabei die Erklärung für die dunkle Materie, die fehlende Einbeziehung der Gravitation in das Standardmodell, das Verständnis der Mechanismen der Quantenchromodynamik (QCD) sowie konzeptionelle Unzulänglichkeiten des Standardmodells. Astronomische Beobachtungen weisen auf einen großen Anteil dunkler Materie im Universum hin, deren Beschreibung bisher nicht geklärt werden konnte. Eine konsistente Quantentheorie der Gravitation konnte bisher noch nicht aufgestellt werden, aber die String-Theorie ist ein aussichtsreicher Kandidat dafür. Die starke Bindung der Quarks in den Nukleonen führt zum Confinement, das durch numerische Simulationen auf einem Raum-Zeit-Gitter gezeigt werden konnte, sich aber bisher einem analytischen Verständnis entzieht.In meinem Projekt möchte ich stark wechselwirkende supersymmetrische Eichtheorien jenseits des Standardmodells untersuchen, die neue Konzepte und Wege zur Lösung dieser Probleme darstellen. Es geht dabei zum einen um die Erweiterung des Standardmodells zum anderen um theoretische Ansätze, die einen Einblick in die Dynamik der starken Wechselwirkung und die Theorie der Gravitation ermöglichen. Die supersymmetrischen Eichtheorien, die der Gegenstand dieses Projekts sind, beruhen auf einer ähnlichen Dynamik wie QCD und sind daher im Allgemeinen nur durch numerische Methoden zugänglich. Die erweiterte Symmetrie erlaubt darüber hinaus erstaunlich weitreichende analytische Erkenntnisse, die durch numerische Ergebnisse überprüft und erweitert werden sollen. Das Problem der Formulierung einer Quantentheorie der Gravitation oder ein grundlegendes Verständnis der String-Theorie ist durch Dualitäten mit der Untersuchung supersymmetrischer Eichtheorien verbunden.Das Ziel dieses Projekts ist es, zunächst die Methoden zur Simulation supersymmetrischer Eichtheorien wesentlich zu erweitern. Mit diesen Methoden sollen drei verschiedene Fragestellungen untersucht werden: die Möglichkeit zur konsistenten Konstruktion supersymmetrischer Erweiterungen des Standardmodells, die semi-klassische Beschreibung des Confinement-Mechanismus und die Untersuchung der String-Theorie basierend auf der Dynamik supersymmetrischer Eichtheorien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen