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Exploring the Universe through Strong Interactions

Projektbeschreibung

Starke Wechselwirkungen könnten der Schlüssel sein, um das Innere von dichten Neutronensternen zu ergründen

Die Starke Wechselwirkung bindet Neutronen und Protonen im Atomkern aneinander. Sie ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis von Partikelwechselwirkungen in Neutronensternen, in denen die Materie extrem dicht gepackt ist. Die erstmalige Beobachtung einer Neutronensternverschmelzung im Jahr 2017 ermöglichte es der Forschung, die Zustandsgleichung einzugrenzen, die beschreibt, wie sich die Materie im Inneren eines Sterns bei bestimmten Drücken und Energiedichten verhält. Das EU-finanzierte Projekt EUSTRONG verfolgt das Ziel, die Zustandsgleichung für hohe Dichten mithilfe der Theorie der Fermi-Flüssigkeit weiter einzugrenzen und neue Freiheitsgrade bei mittleren Dichten zu erforschen. Ein weiteres Projektziel ist die Beschleunigung von Vielteilchenrechnungen mit neuen Emulations- und Netzwerkmethoden.

Ziel

The ERC project EUSTRONG will enable major breakthroughs in understanding strong interactions in nuclei and neutron stars, and where strong interactions are essential in dark matter direct detection and neutrino physics. Recently, great progress has been made in constraining the nuclear equation of state from nuclear physics combined with neutron star observations and the neutron star merger GW170817. At the same time, ab initio calculations of nuclei using chiral effective field theory (EFT) interactions have reached nuclei with up to 100 nucleons. These successes are based in parts on developments in my past ERC Starting Grant. Taking these to the next level, we will explore the equation of state with the goal to provide first constraints directly on dense matter interactions from astrophysics, including from new NASA NICER observations. This will enable us to answer which microscopic interactions are consistent with astrophysical observations, or where there are tensions. To this end, we will develop the equation of state to high densities using Fermi liquid theory, and explore new degrees of freedom at intermediate densities. The second work package will advance the ab initio frontier to key heavy nuclei including full uncertainty quantification. This will be realized by developing eigenvector continuation and tensor network methods to the ab initio in-medium similarity renormalization group. Another milestone will explore EFTs and novel power countings for nuclei. This will open new horizons in the physics of nuclei, with global ab initio predictions of nuclear masses for r-process simulations. The third work package will derive ab initio nuclear responses for dark matter direct detection and coherent neutrino scattering, where a reliable understanding of strong interaction effects is crucial. Moreover, universal correlations and EFTs will be explored to predict nuclear matrix elements for neutrino physics.

Finanzierungsplan

ERC-ADG - Advanced Grant

Gastgebende Einrichtung

TECHNISCHE UNIVERSITAT DARMSTADT
Netto-EU-Beitrag
€ 2 252 375,00
Adresse
KAROLINENPLATZ 5
64289 Darmstadt
Deutschland

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Region
Hessen Darmstadt Darmstadt, Kreisfreie Stadt
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 2 252 375,00

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