Anisotropes und Nichtgleichgewichts-Quark-Gluon-Plasma

In Schwerionen-Kollisionsexperimenten, die auch am LHC des CERN durchgeführt werden, kann als neuer Materiezustand das Quark-Gluon-Plasma erzeugt werden, das für die ersten paar Mikrosekunden nach dem Urknall das frühe Universum ausfüllte, und das vielleicht noch im Inneren von extrem dichten Sternen wie Neutronensternen existieren könnte. Sowohl in Neutronensternen wie in Schwerionen-Kollisionen treten dabei extrem starke Magnetfelder auf, die eine Anisotropie, d.h. eine Richtungsabhängigkeit ins Spiel bringen, die zu neuen Phänomenen führt. Darüberhinaus wird in Schwerionen-Kollisionen das Quark-Gluon-Plasma weit entfernt von einem Gleichgewichtszustand erzeugt. Um diese Effekte zu studieren, sollen neue Methoden entwickelt werden, die einerseits numerische Simulationen von Plasmainstabilitäten umfassen und andererseits auf holographische Beschreibungen zurückgreifen. Letztere werden durch die Superstring-Theorie begründet, in der stark wechselwirkende Quantenfeldtheorien mit 5-dimensionale Supergravitationstheorien in Verbindung gebracht werden, die neue analytische Rechenmethoden liefern.

In Schwerionen-Kollisionsexperimenten, die auch am LHC des CERN durchgeführt werden, kann als neuer Materiezustand das Quark-Gluon-Plasma erzeugt werden, das für die ersten paar Mikrosekunden nach dem Urknall das frühe Universum ausfüllte, und das vielleicht noch im Inneren von extrem dichten Sternen wie Neutronensternen existieren könnte. Sowohl in Neutronensternen wie in Schwerionen-Kollisionen treten dabei extrem starke Magnetfelder auf, die eine Anisotropie, d.h. eine Richtungsabhängigkeit ins Spiel bringen, die zu neuen Phänomenen führt. Darüberhinaus wird in Schwerionen-Kollisionen das Quark- Gluon-Plasma weit entfernt von einem Gleichgewichtszustand erzeugt. Um diese Effekte zu studieren, wurden neue Methoden entwickelt, die für die hochenergetischen Freiheitsgrade eine konventionelle teilchentheoretische Beschreibung erlauben, aber für die extrem stark gekoppelten niederenergetischen auf holographische Beschreibungen zurückgreifen. Letztere werden durch die Superstring-Theorie begründet, in der stark wechselwirkende Quantenfeldtheorien mit 5-dimensionale Supergravitationstheorien in Verbindung gebracht werden, die neue analytische und numerische Rechenmethoden liefern. Mit dieser neuen semi-holographischen Methode gelang es in diesem Projekt erstmals, die Thermalisierung einesNichtgleichgewichts-Quark-Gluon-Plasmazu simulieren,beider harte (hochenergetische) Gluonen ein Wärmebad aus weichen Gluonen generieren, das holographisch durch ein wachsendes schwarzes Loch in einem dualen, fünfdimensionalen gekrümmten Raum beschrieben wird. Für Anwendungen der Theorie auf die dichte Kernmaterie in Neutronensternen wurden ebenfalls holographische Methoden eingesetzt und weiterentwickelt, um Phasenübergänge mit und ohne starke magnetische Felder studieren zu können.