Theorie der Elementarteilchen und Quantenchromodynamik auf dem Gitter
Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik (SM) beschreibt mit der elektromagnetischen, der schwachen und der starken Wechselwirkung diejenigen drei der uns bekannten vier fundamentalen Kräfte, welche auf Ebene der Bausteine der Materie relevant sind. Die theoretische Grundlage dieses Modells bildet die Quantentheorie der Felder. Obwohl das SM bis heute mit beeindruckender Genauigkeit experimentell bestätigt ist, gibt es Phänomene, die es nicht oder nur unzureichend erklären kann. Deshalb sind die Elementarteilchenphysiker davon überzeugt, dass das SM in geeigneter Weise erweitert werden muss. Die Suche nach Anzeichen für Physik jenseits dieses etablierten Modells und nach Einschränkungen möglicher Erweiterungen zählt daher weltweit zu den intensivsten Aktivitäten in der Teilchenphysik. Eine zur direkten Suche nach „Neuer Physik“ an Teilchenbeschleunigern komplementäre Strategie, bei der der theoretischen Physik eine bedeutende Rolle zukommt, besteht darin, durch Kombination mit experimentellen Daten das SM zu testen und Abweichungen von seinen Vorhersagen aufzuspüren. Da an den zugrundeliegenden physikalischen Prozessen Hadronen, also gebundene Zustände aus Quarks und Gluonen, als Anfangszustände beteiligt sind, gilt es dabei insbesondere, die Effekte der starken Wechselwirkung (Quantenchromodynamik – QCD) zu quantifizieren. Dies wiederum umfasst Fragestellungen, die mittels einer Störungsreihenentwicklung nicht behandelbar sind, da die QCD-Kopplungskonstante im niederenergetischen, hadronischen Regime anwächst, so dass die Störungstheorie dort keine gute Näherung mehr ist. Die Formulierung der QCD auf einem Raumzeit-Gitter bietet hingegen den ab-initio Rahmen für eine systematische, nichtstörungstheoretische Behandlung der Theorie bei niedrigen Energien mithilfe von numerischen Simulationen auf Computern.
Was ist eigentlich Quantenfeldtheorie?
Forschungsinteressen und einige aktuelle Projekte:
- Feldtheorien auf dem Gitter
- Präzisionsberechnungen von QCD- und SM-Parametern mit Methoden der Gitter-QCD
- Hadronen- und Flavourphysik auf dem Gitter, insbes. Systeme mit schweren Quarks (Charm, Bottom)
- D- und B-Meson-Zerfälle
- Heavy Quark Effective Theory
- Nichtstörungstheoretische Renormierung und O(a)-Verbesserung auf dem Gitter
Einige Projekte werden im Rahmen der ALPHA-Kollaboration und der CLS-Kooperation von Gitter-QCD-Forschergruppen durchgeführt.