Quantenfeldtheorie und Streuamplituden

Aus welchen Grundbausteinen besteht die Natur? Welche Kräfte halten sie zusammen? Diese Fragen bilden den Kern der Elementarteilchenphysik. Theoretische Physikerinnen und Physiker erforschen, wie Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen beschrieben werden können. Es gibt mehrere konkrete Hinweise dafür, dass wir bisher nur einen Teil des Bildes kennen.

Um herauszufinden, welche Bestandteile fehlen und wie sich das Bild vervollständigen lässt, sind die Forscher auf Anhaltspunkte aus experimentellen Beobachtungen angewieisen. Der wissenschaftliche Ansatz besteht darin, experimentelle Daten mit theoretischen Vorhersagen zu vergleichen. Letzteres erfordert das Verständnis der Quantenfeldtheorie, die dem Modell für die bekannten Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen zugrunde liegt.

Im Forschungsschwerpunkt Amplituden geht es um das Verständnis und die Berechnung von Wahrscheinlichkeiten von Streuprozessen in der Quantenfeldtheorie. Diese sind die grundlegenden Bausteine für Wirkungsquerschnitte, die an Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf gemessen werden können.

Streuamplituden haben neben dem phänomenologischen Aspekt auch faszinierende mathematische Eigenschaften. Sie erfüllen eine Reihe physikalischer Bedingungen und weisen offensichtliche und versteckte Symmetrien auf. Mitunter können die Amplituden einzig und allein aus ihrer Symmetrie und ihren analytischen Eigenschaften bestimmt werden. Viele moderne Berechnungsverfahren für die Amplituden basieren genau auf solchen strukturellen Erkenntnissen.

Schlüsselbegriffe zur Forschungsausrichtung der Gruppe:

• Streuamplituden von Elementarteilchen
• Feynman-Integrale, Differentialgleichungen und spezielle Funktionen
• Infrarot-Divergenzen in der Quantenfeldtheorie
• Konforme Symmetrie und Supersymmetrie
• AdS/CFT-Korrespondenz, N = 4 super Yang-Mills Theorie