Erfolgreicher Kick-off-Workshop der interdisziplinären DFG-Forschungsgruppe „Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD“
Forscher*innen aus den Bereichen der theoretischen Physik, angewandten Informatik und Mathematik tauschen sich über numerische Herausforderungen der Gitter-Quantenchromodynamik aus
Knapp 40 internationale Wissenschaftler*innen trafen sich vom 15 – 17 August 2022 im Landhaus Nordhelle in Meinerzhagen zum Auftaktworkshop der DFG-Forschungsgruppe „Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD“. Ziel des Workshops war der Austausch von Informationen über die bisherigen Erkenntnisse auf dem Forschungsgebiet. Beteiligt am Forschungsprojekt sind die Arbeitsgruppen der Bergischen Universität Wuppertal um Prof. Dr. Francesco Knechtli (Theoretische Physik, Sprecher der Forschungsgruppe), Prof. Dr. Andreas Frommer (Angewandte Informatik), Prof. Dr. Michael Günther (Angewandte Mathematik) sowie Dr. Stefan Schaefer (Theoretische Physik) am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Zeuthen und Prof. Dr. Mike Peardon (Theoretische Physik) vom Trinity College in Dublin. Das mit 1,5 Millionen EUR geförderte DFG Projekt hat eine Laufzeit von mindestens vier Jahren.
Was steckt eigentlich hinter QCD und der Arbeit der Forschungsgruppe?
„Die Quantenchromodynamik (kurz QCD) ist die Quantenfeldtheorie zur Beschreibung der starken Wechselwirkung der fundamentalen Bausteine der Atomkerne. Lange Zeit war nicht klar, wie Neutronen und Protonen trotz elektromagnetischer Abstoßung im Atomkern zusammengehalten werden,“ so Francesco Knechtli, Sprecher der Forschungsgruppe. „Es liegt an der Wechselwirkung der Teilchen, die sehr viel stärker ist, als die Abstoßung – daher der Name „starke“ Wechselwirkung.“
Die QCD beschreibt und erklärt den Zusammenhalt der Neutronen und Protonen im Atomkern, sowie den Zusammenhalt der Elementarteilchen "Quarks" in den Neutronen und Protonen selbst. Die Elementarteilchen, die die starke Kraft übertragen heißen Gluonen. Die Besonderheit der starken Kraft ist das „Confinement“ (engl. Einschluss). Quarks und Gluonen können nicht direkt beobachten werden, sondern sie werden in Verbünden genannt Hadronen eingeschlossen. Hadronen sind in der Regel aus einem Quark-Anti-Quark-Paar oder aus drei Quarks oder Anti-Quarks gebildet. Die Theorie sagt aber voraus, dass es auch exotische Teilchen geben kann, die nur aus Gluonen bestehen (die sogenannten Gluebälle), oder Teilchen aus vier oder fünf Quarks.
„Seit dem Anfang des Jahrtausends wurden in Experimenten an Teilchenbeschleunigern tatsächlich solche exotischen Teilchen entdeckt,“ so Knechtli weiter. „Um ihre Zusammensetzung zu verstehen, braucht man Simulationen der starken Kraft (Gitter-QCD) auf Supercomputern, die auf der Entwicklung effizienter numerischen Algorithmen angewiesen sind. Die Entwicklung neuartiger numerischer Algorithmen ist das Ziel unserer Forschungsgruppe. Wir werden wichtige Erkenntnisse liefern, damit Gluebälle auch in Experimenten gefunden werden können.“
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und erste Anwendung neuartiger numerischer Verfahren mit einem robusten mathematischen Fundament für Simulationen der Theorie der starken Wechselwirkung (Gitter-QCD) auf Supercomputern. Der große Rechenaufwand, der von der Quark-Dynamik in Monte-Carlo-Simulationen verursacht wird, und die starken statistischen Fluktuationen, die in Verbindung mit eingeschlossenen Gluonen auftreten, sind die Herausforderung, die die Forschungsgruppe angehen wird.
Kick-Off-Workshop und Teambuilding-Event
Auftakt der DFG-Forschungsgruppe "FOR 5269" war der dreitägige Workshop "Numerical Challenges in Lattice QCD 2022" in Meinerzhagen, bei dem knapp 40 internationale Wissenschaftler*innen zusammenkamen. Im Rahmen von Vorträgen und einer Podiumsdiskussion wurden bisherige Erkenntnisse aus dem Forschungsgebiet ausgetauscht.
Die Teilnehmer*innen empfanden die intensive gemeinsame Zeit als sehr anregend und überaus interessant und freuen sich schon auf die weitere Forschungsarbeit. Im Landhaus Nordhelle wurden den Teilnehmern auch einige gemeinsame sportliche Aktivitäten angeboten, um den Kopf nach der intensiven Arbeit wieder frei zu bekommen. So ist in nur drei Tagen eine tolle Gemeinschaft entstanden.
Kontakt:
Prof. Dr. Francesco Knechtli
Theoretische Teilchenphysik
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Email: knechtli(at)uni-wuppertal.de
Tel.: 0202-439-2623
QCD-Trivia:
Das Wort „Quark“ hat übrigens nichts mit dem Milchprodukt zu tun, sondern ist auf das Krächzen der Möwen in Dublin zurückzuführen.
