Grosses Nc Phasendiagramm bei µ_B = 0 mit Gitter-QCD

Quantenchromodynamik (QCD) ist die fundamentale Theorie der starken Wechselwirkung von Quarks und Gluonen, den Bausteinen der Hadronen (unter ihnen die am besten bekannten Protonen und Neutronen), welche die Konstituenten der Atomkerne bilden. Einzelne Quarks und Gluonen sind in unserer Welt nicht beobachtbar, eine Eigenschaft der QCD, die als Einschluss/Confinement bezeichnet wird. Sie existieren nur innerhalb der beobachtbaren Hadronen. Die QCD zeichnet sich durch eine approximative Symmetrie, die sog. chiralen Symmetrie, aus, die mit sehr kleinen Quarkmassen einher geht. In Hadronen ist diese Symmetrie spontan gebrochen. Eine grundlegende Frage der QCD, die noch nicht beantwortet ist, besteht darin, ob und wie Confinement und spontane Brechung der chiralen Symmetrie zueinander in Verbindung stehen. Es besteht die Vermutung, dass bei sehr hohen Temperaturen, wie etwa in der ersten Sekunde des Bestehens des Universums, das Confinement aufgehoben ist und anstatt von Hadronen die Phase eines Quark-Gluon-Plasmas besteht, welches sich auf den fundamentalen Freiheitsgraden der QCD gründet. Eine derartige Materie kann auch im weltgrößten Labor, dem CERN, unter Kollisionen von Atomkernen erzeugt werden. Dabei wird die spontan gebrochene chirale Symmetrie restauriert. Bisher dachte man, dass die Aufhebung des Confinements (sog. Deconfinement) und die Wiederherstellung der spontan gebrochenen chiralen Symmetrie zusammen erfolgten. Kürzlich kamen aber Hinweise auf, dass der Übergang zu Deconfinement erst bei einer Temperatur stattfindet, die wesentlich höher ist als jene für die Symmetrierestaurierung. In diesem Fall sollte somit ein weiterer Zustand stark wechselwirkender Materie existieren, eine sog. Stringy Fluid. Dieser sollte zwischen hadronischer Materie bei niedrigen und dem Quark-Gluon-Plasma bei sehr hohen Temperaturen auftreten. Ziel des gegenwärtigen Projekts ist, diese zwei Temperaturen in Computersimulationen der QCD auf einem Gitter zu bestimmen, wobei für die spezifischen Eigenschaften von Quarks und Gluonen die Anzahl Nc der Farben/Colors als sehr groß und die Quarkmassen zu Null angenommen werden.