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High-Precision Gravitational Wave Physics from a Worldline Quantum Field Theory

Descrizione del progetto

Precisione massima nelle previsioni delle onde gravitazionali

Le onde gravitazionali provenienti dalla fusione di buchi neri e stelle di neutroni rivelano i fenomeni più estremi dell’universo; ciononostante, la precisione nella loro rilevazione è tuttora limitata. In questo contesto, il progetto GraWFTy, finanziato dal CER, si propone di incrementarla sfruttando un nuovo formalismo quantistico noto come teoria quantistica dei campi «worldline», il che consentirà di risolvere le equazioni di campo di Einstein con un’elevata precisione secondo un approccio che tiene conto degli effetti radiativi e di spin ed esplora i campi gravitazionali forti. Il progetto perfezionerà i modelli teorici che prevedono le forme d’onda gravitazionali, fondamentali per interpretare i dati degli osservatori di prossima generazione, abilitando progressi che potrebbero mettere alla prova la teoria di Einstein in condizioni mai viste in precedenza, rivelare intuizioni sulla formazione dei buchi neri e migliorare la nostra comprensione delle stelle di neutroni.

Obiettivo

This project will determine the gravitational waves emitted in the encounter of two black holes or neutron stars in our universe at highest-precision. The gravitational waves emerging from such violent mergers are now routinely detected at the LIGO-Virgo-KAGRA observatories since their discovery in 2016. With the presently planed third generation of observatories the experimental accuracy will dramatically increase. Theoretical predictions for the emitted waveforms at highest-precision are therefore needed in order to determine the source parameters, such as masses, spins and intrinsic parameters of the two compact objects. Obtaining these waveforms requires solving the extremely difficult field equations of Einstein’s gravity. Major obstacles are the inclusion of radiative and spin effects at high-precision, as well as access to the strong gravity regime. Together with my research group, I have recently devised a novel quantum formalism to attack this classical physics scenario – worldline quantum field theory – that is methodologically rooted in elementary particle physics. It is the leading formalism to compute observables in the gravitational scattering of spinning black holes and neutron stars. My goal is to extend the scope of worldline quantum field theory to include radiative, higher spin and tidal effects, that discriminate between black holes and neutron stars. Moreover, I will uncover a hidden supersymmetry in the scattering of two spinning black holes. Finally, by matching to curved space-times I will develop theoretical tools that apply to strong gravitational fields as they arise close to the merger. These are presently unreachable by analytical methods. Our results will set the basis to test Einstein’s theory of gravity in extreme regions, possibly uncovering deviations from known physics; to understand black-hole formation; and to uncover the nature of neutron stars.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2022-ADG

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Istituzione ospitante

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Contributo netto dell'UE
€ 2 195 121,00
Indirizzo
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Germania
Regione
Berlin Berlin Berlin
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 2 195 121,00

Beneficiari (1)