Projektbeschreibung
Wie neuartige theoretische Beschreibungen die Teilchenphysik voranbringen
Die meisten von uns kennen Lithium, Natrium und Kalium, aber wahrscheinlich haben weit weniger Menschen vom Positronium gehört. Dabei ist die Existenz dieses exotischen „Atoms“ ohne Kern schon seit Jahrzehnten bekannt. Wie ein Wasserstoffatom, das sich aus einem Elektron und einem Proton zusammensetzt, besteht auch ein Positronium aus einem negativ geladenen Elektron, das an ein positiv geladenes Positron (das geladene Antiteilchen des Elektrons) gebunden ist. Diese „Atome“ sind instabil, denn ihre Teilchen vernichten sich in Sekundenbruchteilen gegenseitig und senden dabei Gammastrahlen aus. Das Verständnis der Wechselwirkungen von Positronen und Positronium mit anderer Materie ist von entscheidender Bedeutung für einige Fachbereiche, die von der Astrophysik bis zur Medizin reichen. Das EU-finanzierte Projekt ANTI-ATOM entwickelt die komplexe Theorie, welche für die Beschreibung dieser Verhaltensweisen anhand von Modellen erforderlich ist. Diese Modelle werden die optimierte Planung von Experimenten und die Interpretation der Ergebnisse unterstützen.
Ziel
The ability of positrons to annihilate with electrons, producing characteristic gamma rays, gives them important use in medicine via positron-emission tomography (PET), diagnostics of industrially-important materials, and in elucidating astrophysical phenomena. Moreover, the fundamental interactions of positrons and positronium (Ps) with atoms, molecules and condensed matter are currently under intensive study in numerous international laboratories, to illuminate collision phenomena and perform precision tests of fundamental laws.
Proper interpretation and development of these costly and difficult experiments requires accurate calculations of low-energy positron and Ps interactions with normal matter. These systems, however, involve strong correlations, e.g. polarisation of the atom and virtual-Ps formation (where an atomic electron tunnels to the positron): they significantly effect positron- and Ps-atom/molecule interactions, e.g. enhancing annihilation rates by many orders of magnitude, and making the accurate description of these systems a challenging many-body problem. Current theoretical capability lags severely behind that of experiment. Major theoretical and computational developments are required to bridge the gap.
One powerful method, which accounts for the correlations in a natural, transparent and systematic way, is many-body theory (MBT). Building on my expertise in the field, I propose to develop new MBT to deliver unique and unrivalled capability in theory and computation of low-energy positron and Ps interactions with atoms, molecules, and condensed matter. The ambitious programme will provide the basic understanding required to interpret and develop the fundamental experiments, antimatter-based materials science techniques, and wider technologies, e.g. (PET), and more broadly, potentially revolutionary and generally applicable computational methodologies that promise to define a new level of high-precision in atomic-MBT calculations.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
BT7 1NN Belfast
Vereinigtes Königreich