Algorithmen liefern Erklärungen für experimentelle Teilchenphysik
Die "starke" Wechselwirkung ist der Mittelpunkt eines neuen Gebiets der Teilchenphysik, der Quantenchromodynamik (QCD), die Interaktionen mit der Materie beschreibt. Die Quantenchromodynamik beschreibt insbesondere die Wechselwirkungen zwischen Quarks (Materieteilchen) und den Gluonen (den Austauschteilchen der starken Wechselwirkung), die diese "zusammenleimen", um sogenannte Hadronen wie etwa Protonen und Neutronen zu bilden. Kein Quark ist jemals isoliert beobachtet worden - und das deutet darauf hin, dass Quarks und Gluonen permanent in Hadronen eingeschlossen (confined) sind. Die Quantenchromodynamik sagt nun voraus, dass diese beiden bei sehr hohen Temperaturen das "Confinement" überwinden und in einem neuen Materiezustand mit der Bezeichnung Quark-Gluon-Plasma (QGP) existieren könnten. Am Large Hadron Collider (LHC), dem größten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger aller Zeiten, durchgeführte Experimente mit Schwerionen (unter Einsatz von Schwermetallen) hatten die Erzeugung und Untersuchung dieser extremen Phase der Materie im Fokus. Die europäischen Forscher, die Finanzmittel im Rahmen des HICLHC-Projekts ("Heavy ion collisions at the LHC: Strong coupling techniques for high density QCD") erhielten, verfolgten das Ziel, theoretische Interpretationen der experimentellen Ergebnisse zu liefern. Die Wissenschaftler untersuchten am LHC Blei-Blei-Kollisionen und in anderen Labors Elektronen-Proton-Proton-Proton- und Deuteron-Gold-Kollisionen. Angesichts der weitgefassten Natur der Experimente konnten die Forscher eine einheitliche und konsistente verallgemeinernde Beschreibung hochenergetischer Phänomene erstellen. Die Forscher konzentrierten sich auf das Farbe-Glas-Kondensat (colour glass condensate, CGC), einen extremen Materiezustand, der möglicherweise die Basis der Quantenchromodynamik ist. Das HICLHC-Team lieferte anhand von Deuteron-Gold-Kollisionen eine exzellente theoretische Beschreibung der experimentellen Resultate, wobei es komfortable Auswertungsroutinen verfolgte. Die Wissenschaftler vereinten die theoretischen Instrumente des Farbe-Glas-Kondensats mit einer Monte-Carlo-Behandlung, um den Ausgangszustand von Schwerionenkollisionen zu modellieren. Die Vorhersagen in Bezug auf Blei-Blei-Kollisionen stimmten sehr gut mit den später erzielten experimentellen Ergebnissen überein. Die HICLHC-Projektresultate sorgten für wichtige Modellierungstools, die nun der Schwerionen-Forschergemeinschaft frei im Internet zur Verfügung stehen. Das Team legte außerdem signifikante theoretische Ergebnisse im Zusammenhang mit extremen Materiezuständen vor, welche die experimentellen Resultate bestätigten und eine Grundlage zur Vorhersage zukünftiger Ergebnisse sowie zur Gestaltung von in Zukunft sinnvollen Experimenten schufen.
