Von Strings und Gravitonen
Auf dem Gebiet der Hochenergiephysik stellt die Brücke zwischen Experiment und Theorie der Überschneidungsbereich des Scattering dar. Das Scattering steht für die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich Teilchen, die sich in einem Ausgangszustand befinden, in einen Endzustand ausbreiten. Die Wahrscheinlichkeit an sich ergibt sich aus der Streuamplitude im Quadrat. Die Untersuchung mathematischer Eigenschaften von Streuamplituden ermöglicht es, Informationen zur Struktur der geltenden zugrunde liegenden theorieähnlichen Symmetrien in Erfahrung zu bringen. Im Fokus des Projekts GEOSCATAMP (The geometry of scattering amplitudes) standen die Eichtheorie und die Gravitationstheorien. Die Streuamplituden der Eichtheorie und Gravitationstheorien sind eng miteinander verwoben. Bei schwacher Kopplung nähern sich die Gravitationsamplituden dem quadratfachen der eichtheoretischen Amplituden an. Diese eindrucksvolle Verbindung ist erst seit Kurzem bekannt. Sie ist das Ergebnis einer verbundenen Dualität zwischen der Farbe und kinematischen Abhängigkeit eichtheoretischer Amplituden. Das GEOSCATAMP-Team untersuchte die mathematischen Strukturen, die dieser überraschenden Verbindung zwischen den Streuamplituden der Feldtheorien zugrundeliegen. Es wurde festgestellt, dass die zur Beschreibung dieser Amplituden verwendete kinematische Algebra basierend auf dem Auftreten sogenannter Streuungsgleichungen auf jeden Bereich der Theorien erweitert werden kann. Der neue mathematische Rahmen enthüllte ebenfalls eine enge Verbindung zwischen bekannten gravitationstheoretischen Prognosen wie schwarzschildschen schwarzen Löchern und Lösungen aus dem Bereich der Eichtheorie wie dem Coulomb-ähnlichen Potenzial. Des Weiteren legten Streuungsgleichungen für die Amplituden der Quantenfeldtheorie eine Verbindung mit der Stringtheorie nahe. Vor dem Ende des Projekts erstellten Forscher Word-Sheet-Modelle für mehrere Quantenfeldtheorien, die auf Amplitudenformeln basieren, welche Streuungsgleichungen entsprechen. In den World-Sheet-Modellen werden die Wechselwirkungen nicht wie in üblichen Quantenfeldtheorien punktartig dargestellt, sondern anhand einer 2D-Oberfläche, die als World-Sheet bezeichnet wird. Die Untersuchung von Streuungsprozessen hat in der Vergangenheit in allen Bereichen der Physik zu wertvollen Erkenntnissen geführt: sei es, ausgehend von den Lichtstreuungseigenschaften von Kristallen, die Frage, warum der Himmel blau ist, die Frage zur Struktur von Atomen oder weitere Fragen. Die GEOSCATAMP-Arbeit wird zu einer umfassenderen theoretischen Beschreibung der Gravitation von Hochenergieteilchen führen.
Schlüsselbegriffe
Streuamplituden, Eich, Gravitation, farbkinematische Dualität, GEOSCATAMP, Quantenfeldtheorien
