Neue Signaturen der relativistischen Teilchenproduktion in der Kosmologie

• Antragstellerin: Kim Berghaus, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548044346

Das Hauptziel meines Forschungsprogramms ist es, das theoretische Verständnis der Prozesse zur dissipativen Teilchenproduktion in der Kosmologie systematisch voranzutreiben. Dabei werde ich Open-Access-Tools entwickeln, die detaillierte Studien zur dissipativen Teilchenproduktion in der Kosmologie im aktuellen Zeitalter der Präzisionskosmologie ermöglichen. Mein Programm wird einen wichtigen Beitrag zum Bereich der warmen Inflation leisten und den Weg zu einer möglichen Entdeckung innerhalb des nächsten Jahrzehnts von warmen Nicht-Gauß'schen Fluktuationen ebnen, einer entscheidenden Vorhersage der warmen Inflation. Die spezifischen Meilensteine, die ich erreichen möchte, sind die Begrenzung theoretischer Unsicherheiten in wichtigen Beobachtungen und Modellierung der warmen Inflation. Indem ich eine widersprüchliche Literatur angehe und modernste Vorhersagen für Nicht-Gauß'sche Fluktuationen in der Warminflation aus zwei unabhängigen Methoden berechne, werde ich eine zeitnahe Suche nach den warmen Nicht-Gauß'schen Fluktuationen in den eingehenden Daten des Simons-Observatoriums, EUCLID, SPHEREx und SKA ermöglichen. Ich werde auch erstmals Ergebnisse für den Trispektrum der warmen Inflation erhalten. Darüber hinaus werde ich numerische Gitter-Simulationen einsetzen, um die sphaleronische Erwärmung als ein überzeugendes Modell der warmen Inflation zu untersuchen und ihre Robustheit gegenüber Anfangsbedingungen zu bewerten, sowie ihre Dynamik über aktuelle analytische Beschreibungen hinaus zu testen. Parallel dazu wird mein Programm die unentwickelte Modelllandschaft der warmen Inflation über sphaleronische Erwärmung und ihre vielversprechenden Verbindungen zum Standardmodell sowie anderen offenen Rätseln wie der vermeintlichen Erhaltung der Ladungspartitätssymmetrie in der QCD, der beobachteten Baryonasymmetrie und Dunkler Materie erforschen, sowie ihre Signaturen an zukünftigen Beschleunigern. Indem ich Verbindungen zum späten Universum herstelle, wird meine Forschung neuartige Signaturen von Modellen mit rollenden Skalarfeldern identifizieren, die eine nicht-thermische Teilchenproduktion während der kosmischen Geschichte aufweisen. Über die Flüssigkeitsapproximationen hinaus werden meine Gruppe und ich Werkzeuge entwickeln, die eine genaue Beschreibung der vollen Modeldynamik ermöglichen und ihre Viabilität als Lösungen für die Hubble-Spannung robust bewerten. Wir werden auch systematisch neue Vorhersagen für Beobachtungen der Dunklen Energie in dieser Klasse von Skalarfeldmodellen erforschen. Indem wir unsere neu entwickelten Tools Open Access machen, werden wir eine Initiative starten, bei der die wissenschaftliche Gemeinschaft Skalarfeldmodelle, die von ersten Prinzipien motiviert sind, mit präzisen kosmologischen Daten konfrontieren kann. Diese Arbeit wird langfristig dazu beitragen, zu identifizieren, welche fundamentalen Theorien realisierbare Grundlagen des phänomenologischen ΛCDM-Modells und seiner Erweiterungen sind.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen