Nichtlineare Supergravitation

Supergravitation ist eine Theorie, die genau vor 40 Jahren entdeckt wurde. Sie kombiniert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mit einer neuen spekulativen Symmetrie, die Supersymmetrie heißt. Diese Supersymmetrie verbindet Teilchen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften miteinander. Dies bedeutet zum Beispiel, dass das Elektron ein Partnerteilchen hat, das bis jetzt noch nicht entdeckt ist und das Selektron genannt wird. Die Existenz dieser neuen Supersymmetrie hat viele Vorteile. Sie liefert zum Beispiel auf natürlichem Wege ein neues Teilchen, das die bisher noch nicht verstandene dunkle Materie erklären kann. Supersymmetrie hilft auch die Masse des Higgsteilchen besser zu erklären, dass 2012 am Large Hadron Beschleuniger entdeckt wurde. Darüber hinaus sind Theorien mit Supersymmetrie einfacher zu verstehen und dank der Supersymmetrie haben wir es geschafft bestimmte Teilchenphysiktheorien in Parameterbereichen zu verstehen, die man in nicht-supersymmetrischen Theorien unmöglich untersuchen kann. In den letzten Jahrzehnten hat Supersymmetrie zu vielen theoretischen Durchbrüchen geführt. Bis jetzt haben wir die Superpartner der Standardteilchen, wie des Elektrons, noch nicht entdeckt. Dies bedeutet, dass die supersymmetrischen Partnerteilchen, wie das Selektron, schwerer sein müssen, als all die Teilchen, die wir bisher entdeckt haben. Um dies in unseren Theorien zu erreichen, müssen wir Supersymmetrie `brechen um eine Asymmetrie zwischen den Teilchen und ihren `Superpartnern zu erzeugen. Dieses `brechen der Supersymmetrie führt, bei niedrigen Energien, zu etwas, dass `nichtlineare Realisierung der Supersymmetrie heißt. Solche nichtlinearen Realisierungen der Supersymmetrie wurden in den letzten Jahren intensiv im Kontext der Supergravitation untersucht, also im Kontext von einer supersymmetrischen Verallgemeinerung der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie. Einer der großen Durchbrüche in diesem Zusammenhang war die Entdeckung, dass ein bestimmtes Teilchen, das nichtlinear unter der Supersymmetrie transformiert, trivialerweise zu einer Supergravitationstheorie mit einer positiven kosmologischen Konstante führt. Dies ist von großer Wichtigkeit, da es 1998 experimentell entdeckt wurde, dass die kosmologische Konstante in unserem Universum positiv ist. Dies initiierte das Studium der Kopplungen unterschiedlicher Teilchen, die nichtlinear unter der Supersymmetrie transformieren, an die Supergravitation. Die Ziele dieses Projekts sind 1) ein systematisches Studium der Kopplungen der Supergravitation an Teilchen, die nichtlinear unter Supersymmetrie transformieren, 2) die Erforschung von Anwendungen in der Kosmologie und Teilchenphysik, sowie 3) die Untersuchung eines faszinierenden Zusammenhangs zur Stringtheorie, einer Theorie der Quantengravitation, die bei niedrigen Energien durch die Supergravitation beschrieben wird.

Supergravitation ist eine Theorie, die vor 40 Jahren entdeckt wurde. Sie kombiniert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mit einer neuen spekulativen Symmetrie, die Supersymmetrie heißt. Diese Supersymmetrie verbindet Teilchen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften miteinander. Dies bedeutet zum Beispiel, dass das Elektron ein Partnerteilchen hat, das bis jetzt noch nicht entdeckt ist und das Selektron genannt wird. Bis jetzt haben wir die Superpartner der Standardteilchen, wie des Elektrons, noch nicht entdeckt. Um dies in unseren Theorien zu erreichen, müssen wir Supersymmetrie `brechen' um eine Asymmetrie zwischen den Teilchen und ihren `Superpartnern' zu erzeugen. Dieses Forschungsprojekt, das an der Technischen Universität (TU) Wien durchgeführt wurde, hat sich mit Theorien beschäftigt in denen die Supersymmetrie auf eine sehr spezielle Weise gebrochen ist. Wir haben untersucht wie dies durch höher dimensionale Membranen realisiert werden kann und mögliche Bedeutungen für unser eigenes Universum erforscht. Insbesondere die mysteriöse dunkle Energie, die in unserem Universum beobachtet wurde, ist sehr eng mit dieser speziellen gebrochenen Supersymmetrie verbunden und war ein zentraler Teil dieses Projekts. Unsere diesbezüglichen Veröffentlichungen haben viel Aufmerksamkeit in den lokalen, nationalen und internationalen Nachrichten gefunden, z.B. hier: https://www.spektrum.de/news/fuehrt-die-stringtheorie-ins-sumpfland/1584718 https://www.meinbezirk.at/wieden/c-lokales/von-der-wieden-ins-universum_a2945607 https://www.welt.de/print/die_welt/wissen/article181825292/Eine-Minute-Physik-Dehnt-sich-das-All-ewig-aus.html Andere Forschungsarbeiten während des Projektes haben die mathematischen Strukturen für Theorien mit spontan gebrochener Supersymmetrie untersucht und die erforderlichen Werkzeuge für zukünftige Anwendungen ausgearbeitet. Dieses Projekt hat in gemeinsamen Publikationen mit Forschern an der Stanford Universität in den USA und den europäischen Universitäten in Löwen, Liverpool, München, Padua und Heidelberg geführt. Wir haben auch einen einwöchigen Workshop an der TU Wien veranstalten, an dem Forscher aus Frankreich, Belgien und Deutschland teilnahmen. Die Forschungsergebnisse dieses Projekts haben zu einer Doktorarbeit geführt. Außerdem hat der Postdoc, der an diesem Projekt gearbeitet hat, eine prestigeträchtige weitere Postdocstelle am Max-Planck-Institut für Physik in München erhalten und der Projektleiter einen Ruf als Professor an die Lehigh Universität in den USA erhalten. Dies bezeugt die sehr hohe Qualität und Relevanz dieses Forschungsprojektes und zeigt, dass es ein voller Erfolg war.