DFG fördert Erforschung von Gluonen
Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik beschreibt die Quantenchromodynamik (QCD) die starke Kernkraft, die die fundamentalen Bestandteile der Materie im Inneren der Hadronen bindet. Zu den Hadronen zählen Protonen und Neutronen, die Bestandteile der Atomkerne. Die Theorie schließt sie Quarks, die Bausteine der Hadronen ein, die nie direkt im Experiment beobachtet werden (Confinement). Zentral scheint die Rolle der Gluonen zu sein, Elementarteilchen, die die Kraft zwischen den Quarks vermitteln. 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. Zum Beispiel ist die Existenz der Gluebälle eine offene Frage. Gluebälle sind Hadronen, die überwiegend aus eingeschlossenen Gluonen bestehen.
Die Gitter QCD ermöglicht, die Physik der Hadronen mit Hilfe von umfangreichen Monte Carlo Simulationen direkt aus den Quarks und Gluonen zu berechnen. Aber viele Probleme der QCD, die die Gluonen betreffen, sind ungelöst. Schwierigkeiten entstehen zum einen durch den großen Rechenaufwand, der von der Quark-Dynamik im Sampling verursacht wird, und zum anderen durch starke statistische Fluktuationen, die in Verbindung mit eingeschlossenen Gluonen auftreten.
Die DFG-Forschungsgruppe "Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD" kombiniert die interdisziplinäre Expertise von Physikern aus der Gitter QCD und numerischen Mathematikern. Die zwei Hauptziele der Forschungsgruppe sind: 1. die Entwicklung und Optimierung von neuen Techniken für die Varianzreduktion von Korrelationsfunktionen in Monte-Carlo Simulationen mit einem soliden mathematischen Fundament; 2. die Validierung und erste Anwendungen dieser Methoden, um Fragen z.B. nach der Existenz der Gluebälle zu beantworten. Die neuen Methoden bereiten auch die nächste Generation von Gitter-Berechnungen vor. Die Ergebnisse der Forschung werden zusammen mit effektiven Theorien zum Verständnis von gegenwärtigen und zukünftigen Experimenten beitragen.
Die Antragssteller der Forschungsgruppe sind Prof. Dr. Andreas Frommer, Angewandte Informatik (BUW), Prof. Dr. Michael Günther, Angewandte Mathematik (BUW), Prof. Dr. Francesco Knechtli, Theoretische Physik, Sprecher der Forschungsgruppe (BUW) und Dr. Stefan Schaefer, Theoretische Physik (Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Zeuthen). Das Team arbeitet eng mit dem Kooperationspartner Prof. Dr. Mike Peardon, Theoretische Physik (Trinity College Dublin) zusammen. Die gesamte Fördersumme ist ca. 1,5 Millionen Euro und dient überwiegend der Finanzierung von drei Postdoktoranden und drei Doktoranden.
Kontakt:
Prof. Dr. Francesco Knechtli
Theoretische Teilchenphysik
Telefon 0202/439-2630
E-Mail knechtli{at}physik.uni-wuppertal.de
