Koordinationsfonds

• Antragsteller: Professor Dr. Francesco Knechtli
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451886959

Im Standardmodell beschreibt die Quantenchromodynamik (QCD) die starke Kernkraft, welche die Quarks und Gluonen im Inneren der Hadronen bindet. Die Theorie schließt die Bausteine der Hadronen ein (Confinement), die nie direkt im Experiment beobachtet werden. Es ist eine große Herausforderung, experimentelle Beobachtungen mit der stark wechselwirkenden Quantenfeldtheorie zu verbinden. Die Natur des Confinement und die physikalischen Eigenschaften von eingeschlossenen Gluonen sind noch sehr wenig verstanden. Die Untersuchung des Charmonium-Systems, das ein Charm Quark-Anti-Quark Paar enthält, wurde mit der Entdeckung von unerwarteten schmalen Resonanzen (X, Y und Z) revolutioniert. Ihre Natur ist noch nicht verstanden. Auch das Interesse an Gluebällen, das sind Hadronen, die überwiegend aus eingeschlossenen Gluonen bestehen, ist gerade in letzter Zeit wiedererwacht. Jüngste und geplante Experimente am CERN, in Japan, in China und am FAIR, werfen physikalische Fragen für die Theorie auf: a) Spielen Gluonen eine wichtige Rolle im Charmonium mit beobachtbaren Konsequenzen? b) Sagt die QCD die Existenz von Gluebällen voraus? c) Können Gluebälle mit experimentell nachgewiesenen Resonanzen identifiziert werden? Die Forschungsgruppe befasst sich mit den oben genannten Fragen a)-c) mit Hilfe von GitterQCD Methoden. Im Prinzip bietet die Gitter QCD einen robusten Theorierahmen, der direkt vom QCD Lagrangian ausgeht. Mit Monte Carlo Simulationen der starken Wechselwirkung wird aus dem Pfadintegral eine Reihe von physikalischen Fragen beantwortet. Viele Probleme, die eingeschlossenen Gluonen in der QCD betreffen, bleiben jedoch ungelöst. Bei diesen Berechnungen treten Schwierigkeiten auf, da der Rechenaufwand für die Einbeziehung der Quarkdynamik in der Monte Carlo Simulation hoch ist, während gleichzeitig die statistischen Fluktuationen in den resultierenden Monte-Carlo-Schätzungen von Observablen, die zur Untersuchung eingeschlossener Gluonen verwendet werden, schwerwiegend sind. Die drei Hauptziele dieses Projekts sind: 1. die in der ersten Förderperiode entwickelten Methoden für Anwendungen in der Spektroskopie von Gluebällen und Charmonium sowie von statischen Quark-Antiquark-Paaren mit gluonischen Orbitalanregungen und für die Strahlungszerfälle von Charmonium voll auszuschöpfen 2. die Weiterentwicklung und Optimierung von Techniken zur Lösung der Dirac-Gleichung auf dem Gitter und zur numerischen Zeitintegration bei der Erzeugung von Eichkonfigurationen mit einer robusten mathematischen Grundlage 3. die Entwicklung eines gemeinsamen Programmierrahmens auf Basis von GPUs, um moderne Supercomputer bestmöglich zu nutzen. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir die Expertise von theoretischen Teilchenphysikern mit der von numerischen Analytikern kombinieren. Die Ergebnisse der Forschung werden zusammen mit effektiven Feldtheorien zum Verständnis gegenwärtiger und zukünftiger Experimente beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5269: Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD
• Internationaler Bezug: Irland
• Kooperationspartner: Professor Dr. Michael Peardon