Chirale Fermionen und Quantengravitation

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Gies
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266047446

Die Herausforderung, eine überzeugende und konsistente Quantentheorie der Gravitation zu entwickeln, wird durch theoretische Probleme möglicherweise weniger gebremst als durch das Fehlen von eindeutigen Daten physikalischer Messungen. Das vorliegende Projekt schlägt vor, das wohlbekannte Faktum, dass chirale Fermionen zu den fundamentalen Materiebausteinen gehören, als Prüfstein für mögliche Szenarien der Quantisierung der Gravitation zu verwenden.Chirale Symmetrie ist ein wesentlicher Bestandteil der Elementarteilchenphysik, der sicherstellt, dass Fermionen mit vergleichsweise kleinen Massen in der Natur vorkommen können. Andererseits kann chirale Symmetrie durch Quantenfluktuationen spontan gebrochen werden, wie es in der Theorie der elektroschwachen und der starken Wechselwirkung der Fall ist. Da Fluktuationen der Gravitation vermutlich nahe der Planck-Skala relevant werden, dürfen Gravitationsfluktuationen unter keinen Umständen die chirale Symmetrie der chiralen Fermionen brechen. Andernfalls wäre die Beobachtung leichter Fermionen im unserem Universum unverträglich mit solchen Gravitationswechselwirkungen.Es ist wesentliches Ziel dieses Vorhabens, die beobachtete Existenz von leichten (chiralen) Fermionen mit generischen Szenarien für Quantengravitation in Verbindung zu bringen. Dazu soll der wohletablierte theoretische Rahmen der Quantenfeldtheorie verwendet werden, in dem Quantengravitation entweder als effektive Feldtheorie oder gar als asymptotisch sichere fundamentale Quantentheorie behandelt werden kann. Mit diesem Werkzeug kann das Projekt die folgenden Fragestellungen angehen: Kann gravitationsinduzierte chirale Symmetriebrechung (gravitative Katalyse) und Fermionmassenerzeugung im Hochenergie-Regime der Quantengravitation wirksam sein? Schränkt chirale Symmetriebrechung durch gravitative Katalyse bestimmte Quantengravitations-Szenarios ein oder schließt sie gar aus? Im Umkehrschluss: Ist die Zahl der leichten Fermionen (z.B. Flavors) durch gravitative Wechselwirkungen eingeschränkt? Ist die Existenz von nicht-chiralen Fermionen verträglich mit spezifischen Szenarios der Quantengravitation?Antworten auf diese Fragen können für die Entwicklung einer Theorie der Quantengravitation in neuer Weise wegweisend sein, damit eine solche Theorie nicht lediglich mathematisch überzeugend sondern auch verträglich mit physikalischen Beobachtungen sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen