GRK 2575:  Überdenken der Quantenfeldtheorie

• Fachliche Zuordnung: Teilchen, Kerne und Felder
• Förderung: Förderung seit 2020
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417533893

Die Quantenfeldtheorie (QFT) als Vereinigung von Quantenmechanik und spezieller Relativitätstheorie stellt eine der wesentlichen intellektuellen Leistungen des letzten Jahrhunderts dar, in der ein Großteil der modernen theoretischen Physik gipfelt. Zunächst für die Quantenelektrodynamik entwickelt, dann auf die Eichtheorie des Standardmodells der Teilchenphysik ausgedehnt, können wir heute mit ihr sogar die störungstheoretische Behandlung der Gravitation adressieren. Ein zentrales Prinzip der QFT ist die Renormierung, die Divergenzen eine physikalische Bedeutung gibt und zum wichtigen Konzept der effektiven Feldtheorien führt. Die diskretisierte Variante der QFT, die Gitterfeldtheorie, erlaubt eine mathematische Definition des Pfadintegrals, die die numerische Berechnung von stark gekoppelten Observablen ermöglicht. Das fruchtbare Zusammenspiel von QFT und Gravitation schließlich hat zu bedeutenden Innovationen geführt: Die AdS/CFT-Dualität, die eine stark gekoppelte Formulierung von konformen Eichtheorien über die Stringtheorie ermöglicht; die Doppelkopie, die die Eichtheorie mit der Gravitation verschränkt oder die Anwendung von QFT-Techniken in der hochpräzisen Gravitationswellenphysik. Auf mathematischer Ebene bilden Symmetrien, die raumzeitlicher oder interner Natur sind, den Kern unseres mathematischen Naturverständnisses. Sie erlauben eine enorme Reduktion in der Komplexität physikalischer Theorien. In den letzten Jahren gaben zentrale Innovationen Anlass Kernkonzepte der QFT ernsthaft zu überdenken. Dazu gehören die Methodik der Störungstheorie, die Theorie der Feynman-Integrale, Dualitäten und verborgene Symmetrien, die herausragende Rolle der effektiven Feldtheorien sowie die Gradientenfluss-Methodik in der Gitterfeldtheorie. Unser GRK hat in der ersten Förderperiode wichtige Beiträge zu diesem innovativen Forschungsbereich geleistet. Unser Team ist international einzigartig in seiner Breite und umfasst die sämtliche quantenfeldtheoretischen Forschungsgebiete in direkter Nachbarschaft und mit internationaler Sichtbarkeit: Streuamplituden, Phänomenologie, Gitterfeldtheorie, AdS/CFT-Korrespondenz, analytischen Gravitationswellenphysik und mathematische Aspekte der QFT. Unser GRK zielt ab auf eine Umgestaltung der theoretischen Grundlagen des Feldes, gekoppelt mit unmittelbaren Innovationen für die Phänomenologie der Teilchenphysik und der analytischen Gravitationswellenphysik. Wir wollen unser bewährtes Qualifizierungsprogramm fortsetzen, das mit seiner breiten Ausbildung in der QFT eine solide Grundlage für eine erfolgreiche wissenschaftliche Karriere der nächsten Generation legt. Die Schlüsselelemente sind (i) Einführungs- und Fortgeschrittenenkurse zur QFT, (ii) ein jährliche Retreat mit externen Dozenten und Seminaren, (iii) ein monatliches QFT-Kolloquium, (iv) ein Praktikum in benachbarten Forschungsgruppen, (v) selbstorganisierte Studentenseminare und (vi) professionelle Soft-Skills-Trainings.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Humboldt-Universität zu Berlin
• Beteiligte Institution: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY); Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik; (Albert-Einstein-Institut)
• Sprecher: Professor Dr. Jan Plefka
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Gaëtan Borot; Professorin Dr. Alessandra Buonanno; Professorin Dr. Valentina Forini; Dr. Jeremy Green; Professor Dr. Christophe Grojean; Professor Dr. Olaf Hohm; Dr. Emanuel Malek; Dr. Peter Marquard; Professor Dr. Agostino Patella; Professor Dr. Matthias Staudacher; Dr. Jan Steinhoff