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Mit mathematischen Experimenten Quantengravitationstheorien testen

Die Newtonsche Gravitation wurde schon gut beschrieben, Gleiches gilt allerdings nicht für deren Gegenstück in der Quantenwelt. Wissenschaftler entwickelten eine Formel zur Beschreibung von Gravitationsanomalien, die wichtig für eine Quantenbeschreibung der Gravitation ist und Licht in das Dunkle bringen soll.
Mit mathematischen Experimenten Quantengravitationstheorien testen
Das Standardmodell der Teilchenphysik ist eine allgemein anerkannte Theorie über die Teilchen und Kräfte, welche das Universum ausmachen. Es hat jedoch ein paar bestätigte Lücken. Eine der wichtigsten davon dürfte die fehlende ausreichende Beschreibung der Schwerkraft sein. Sie ist eine der drängendsten offenen Fragen der Teilchenphysik von heute.

Das vorhergesagte Graviton, das die Gravitationskraft tragende Teilchen, könnte durchaus eines Tages gefunden werden. Hier und jetzt müssen sich die vorhandenen experimentellen Techniken auf mathematische Beschreibungen des Gravitons verlassen, was zu Gravitationsanomalien führt. Als Beispiel für eine Gravitationsanomalie können wir die Differenz zwischen Messungen tatsächlicher Planetenbewegungen und den anhand eines Modells vorhergesagten Bewegungen heranziehen.

Die Quantengravitation ist folglich ein Konzept der Teilchenphysik und die Quantenfeldtheorie ist ein Teilgebiet der Mathematik, das hilft, diese zu beschreiben und zu erklären. Es gibt eine unendliche Anzahl von Quantenfeldtheorien, aber es müssen die richtigen Gleichungssysteme angewandt werden, die über interne Konsistenz verfügen. Mit anderen Worten, es müssen die richtigen Gleichungen und die Bedingungen, unter denen diese Gleichungen zu lösen sind, bestimmt werden.

Wissenschaftler initiierten das EU-finanzierte Projekt "Defects in two dimensional field theories" (D2DFT), um bislang unzureichend charakterisierte, spezielle Konsistenzbedingungen, d. h. die Aufhebung globaler Gravitationsanomalien in der Feldtheoriebeschreibung bei niedrigen Energien, zu untersuchen. Zwei Feldtheorien im Zusammenhang mit Supergravitation - Stringtheorie und M-Theorie, ziehen Gravitationsanomalien nach sich. Für die eine ist die Anomalieformel seit den 1980er Jahren bekannt, blieb aber für die zweite (die sogenannte selbstduale Feldtheorie) bislang nicht greifbar.

Den Forschern gelang die Bestimmung der Formel für die globale Gravitationsanomalie der selbstdualen Feldtheorien. Das wird bedeutende Auswirkungen auf die Mathematik und die Teilchenphysik haben und zu einer möglichen Beschreibung der Quantengravitation hinführen. Die Arbeit umfasste eine breitangelegte Mischung mathematischer Untergebiete. Die Wissenschaftler erforschen derzeit die Aufhebung der globalen Gravitationsanomalien, um Konzepte in Bezug auf die Quantengravitation zu bewerten. Gravitation könnte letztlich der Leim sein, der unser Universum zusammenhält. Die Wissenschaftler konnten ihrer physikalischen und mathematischen Definition auf einer Quantenebene dank der durch das D2DFT-Projekt durchgeführten Arbeit einen Schritt näher kommen.

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