Dibaryonen mit funktionalen Methoden

Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die durch die starke Kernkraft zusammengehalten werden. Obwohl diese Kernkraft dem Periodensystem der Elemente zugrunde liegt, ist sie noch immer in weiten Teilen unverstanden. Wir wissen heute, dass Protonen und Neutronen keine Elementarteilchen sind, sondern eine Substruktur aufweisen: sie bestehen aus drei Quarks, die wiederum durch Gluonen (glue der Klebstoff) miteinander verbunden sind. Daneben gibt es viele weitere Teilchen, die aus Quarks und Gluonen aufgebaut sind und die man allgemein als Hadronen bezeichnet. Wir kennen Hadronen aus drei Quarks, wie das Proton und Neutron, oder solche mit einem Quark und einem Antiquark. In den letzten beiden Jahrzehnten haben Hochenergie- Experimente allerdings eindrucksvoll gezeigt, dass es darüber hinaus auch exotische Hadronen gibt: Tetraquarks, Pentaquarks und vielleicht sogar eine neue Form von Materie, die überhaupt nur aus Klebstoff besteht (Glueballs). Ein besonders spannender Aspekt ist, dass solche exotischen Hadronen den Schlüssel für das Verständnis der starken Kernkraft liefern. Der einfachste zusammengesetzte Atomkern ist das Deuteron, das aus einem Proton und einem Neutron besteht. Gleichzeitig enthält es aber auch sechs Quarks und bildet somit ein komplexes exotisches Hadron (Hexaquark). Die zentrale Frage, mit der wir uns in diesem Projekt beschäftigen, lautet daher: wie kann man das Deuteron aus der fundamentalen Theorie der Quarks und Gluonen beschreiben? Erzeugt man bei der Lösung eines Sechs-Körper-Problems dynamisch Cluster aus drei Quarks, sodass das Deuteron von sich selbst heraus zu einem Bindungszustand aus Proton und Neutron wird? Und gibt es weitere Hexaquarks, die sich nicht in eine solche Form gießen lassen? Um diesen Fragen nachzugehen, sind numerische Simulationen auf Hochleistungscomputern nötig. Ihre Beantwortung wird weitreichende neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung leichter Atomkerne liefern und mögliche weitere exotische Teilchen vorhersagen, nach denen in zukünftigen Experimenten gesucht werden kann.