Quantenchromodynamik Simulationen

Dank jüngster Fortschritte bei groß angelegten Simulationen können die Eigenschaften von Elementarteilchen wie Quarks und Leptonen nun mit nie dagewesener Präzision geschätzt werden. EU-finanzierte Wissenschaftler befassten sich damit, Licht in einige der Mysterien des Weltalls zu bringen.

Energie

Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die Theorie zur Beschreibung der starken Interaktionen zwischen Elementarteilchen und, zusammen mit der Theorie der schwachen Wechselwirkung, ein Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik. Aufgrund ihrer Natur müssen QCD-Wechselwirkungen bei niedrigen Energien nicht-perturbativ untersucht werden, was durch numerische Simulationen erreicht werden kann. Aus solchen Simulationen können Eigenschaften wie Massen und Zerfallsraten von gebundenen Zuständen der Elementarteilchen, wie Mesonen oder Baryonen, hergeleitet werden. Diese sind mit Experimenten wie etwa am Large Hadron Collider (LHC) der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) direkt zu beobachten. Das Projekt LATTICE FLAVOUR QCD (Flavour physics from lattice QCD at the physical point) führte Berechnungen für Formfaktoren und Zerfallskonstanten durch, um bestimmte Elemente der Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM)-Matrix aus experimentellen Messungen zu extrahieren. Die Elemente der CKM-Matrix sind ein weiterer Bestandteil des Standardmodells, wobei die Vermischung zwischen den Eigenzuständen der starken und elektroschwachen Theorie beschrieben wird. Durch die Suche nach Verletzungen der Unitarität der CKM-Matrix könnte man vielleicht mögliche Erweiterungen des Standardmodells identifizieren oder sie ausschließen. Ein Ansatz war die Berechnung des semi-leptonischen Formfaktors eines Kaon aus Gitter-QCD-Simulationen. Ein weiterer Ansatz untersuchte das Verhältnis der Zerfallskonstanten von Kaonen und Pionen, womit sich das Verhältnis von CKM-Elementen aus der experimentell gemessenen Zerfallsrate extrahieren lässt. Eine Veröffentlichung zu Ergebnissen aus dem letzteren Ansatz wurde vorbereitet. Ein zweiter Teil des Forschungsprojekts bestimmte Niedrigenergiekonstanten der chiralen Störungstheorie (ChPT) aus Gittersimulationen. ChPT ist eine effektive Feldtheorie für niedrige Energien, die aus einer Expansion auf Pion-Massen und -Impulse resultiert. Weil man in Gittersimulationen - im Gegensatz zu Experimenten - in einem gewissen Bereich die Massen der simulierten Quarks frei variieren kann. Solche Simulationen bieten eine ideale Testumgebung für die Vorhersage der ChPT. Die Ergebnisse wurden in einem Artikel in der Zeitschrift Physical Review D und in mehreren Tagungsbänden veröffentlicht.

Schlüsselbegriffe

Quantenchromodynamik, Elementarteilchen, elektroschwache, GITTER GESCHMACK QCD, Gittersimulationen

Flavour physics from lattice QCD at the physical point

Quantenchromodynamik Simulationen

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