ERC – European Research Council

ERC Advanced Grant - Erforschung der Starken Wechselwirkung

Das Verständnis der Entstehung und der Eigenschaften von komplexen Strukturen wie Atomkernen aus der Quantenchromodynamik (QCD), d.h. der zugrundeliegenden Theorie der starken Wechselwirkung, ist nach wie vor eine große Herausforderung der heutigen Physik. Sie ist auch relevant für fundamentale Fragen, wie den Ursprung der Elemente, die Grenzen der Kernstabilität, die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells und die Physik der Neutronensterne. Die Beantwortung dieser Schlüsselfragen erfordert ein detailliertes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den Nukleonen.

Es ist gut etabliert, dass die Kernkräfte von paarweisen Wechselwirkungen dominiert sind, die relativ gut verstanden sind. Dies erlaubt es die Eigenschaften des einfachsten Kernsystems, welches nur aus zwei Nukleonen besteht, in Übereinstimmung mit experimentellen Daten zu berechnen. Für schwerere Systeme muss man jedoch komplexere Wechselwirkungen zwischen drei (und mehr) Nukleonen berücksichtigen. Solche Dreikörperkräfte sind dagegen noch nicht gut verstanden und stellen ein Bottleneck für ab-initio Beschreibungen von Atomkernen dar. Tatsächlich bestehen selbst im Drei-Nukleonen-System noch große Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment.

Dieses ERC-Projekt zielt darauf ab, die mit den Drei-Nukleonen-Kräften zusammenhängende Herausforderung mittels eines theoretischen Zugangs zu lösen, der als effektive Feldtheorie (EFT) bekannt ist. Dieser systematisch verbesserungsfähige Ansatz beruht auf Symmetrien und findet eine breite Anwendung in der Teilchenphysik. Kürzlich ist es uns gelungen, die zwischen zwei Nukleonen wirkenden Kräfte mit diesem Formalismus sehr präzise zu beschreiben. Im Rahmen des ERC-Projekts werden wir nun die EFT zur Herleitung der entsprechenden Dreikörperkräfte anwenden und die verfügbaren experimentellen Daten für Nukleon-Deuteron Streuung analysieren. Dies wird neue Erkenntnisse über die seit langem bestehenden Rätsel im Drei-Nukleonen-System liefern (d.h. Theoriedefizite vs. inkonsistente experimentelle Daten) und ggf. dedizierte Experimente anleiten, um verbleibende Diskrepanzen aufzulösen. Des Weiteren werden wir groß angelegte ab-initio Studien von komplexeren Systemen durchführen, um die Beziehungen zwischen den Kernkräften und ihren Eigenschaften zu erforschen. Solche ab-initio Simulationen können Einblicke in Bereiche liefern, die der experimentellen Forschung nicht zugänglich sind. Zum Beispiel ist es möglich zu erforschen, wie die Eigenschaften von Atomkernen oder Prozesse in den Sternen von Naturkonstanten – wie den Quark-Massen abhängen.

Zusammenfassend werden die geplanten Studien einen wichtigen Beitrag zur Etablierung eines rigorosen, völlig mikroskopischen und vorhersagekräftigen theoretischen Zugangs zu Kernstruktur und -Reaktionen liefern, der auf den Symmetrien der QCD beruht.

ERC Consolidator Grant - COSMIC LITMUS

In den letzten Jahren haben Messungen des schwachen Gravitationslinseseffektes Diskrepanzen in kosmologischen Parametern, deren Unsicherheiten zuvor von der Planck Cosmic Microwave Background (CMB) Mission stark eingeschränkt wurden, aufgedeckt.

Mit diesem ERC Consolidator Grant wird Prof. Dr. Hendrik Hildebrandt sich der essentiellen Aufgabe der Kalibration photometrischer Rotverschiebungen widmen. Die ordnungsgemäße Bestimmung dieses Parameters ist von essentieller Bedeutung für aktuelle Gravitationslinsenstudien wie auch für den Erfolg zukünftiger Missionen, wie etwa der Auswertung der Daten des von NASA und ESA geplanten Euclid-Teleskops. Die erfolgreiche Kalibration photometrischer Rotverschiebungen wird die Aussagekraft der „kosmischen Verscherung“ (cosmic shear) für die Kosmologie signifikant verbessern und weiterhin Unsicherheiten kleiner als die, die CMB-Messungen heutzutage liefern können, für den Klumpungsfaktor dunkler Materie zum Ergebnis haben.

Letztlich wird diese Arbeit einen Meilenstein in der Geschichte der Kosmologie darstellen – entweder durch die Aufhebung der zuvor genannten Diskrepanzen, oder durch das Aufzeigen der Notwendigkeit eines völlig neuen kosmologischen Modells.

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