Arbeitsgruppe Guy Moore
Quantenchromodynamik

Willkommen bei der Arbeitsgruppe von Prof. Guy Moore

Die Gruppe von Prof. Guy Moore arbeitet auf dem Gebiet der Quantenchromodynamik (QCD), der Theorie der Quarks (der Materieteilchen) und der Gluonen (der „Kraftüberträger“) und ihrer Interaktionen. Quarks sind fundamentale Teilchen und werden (fast) immer von der starken Wechselwirkung, die von den Gluonen vermittelt wird, aneinander gebunden. So formen sie alle zusammengesetzten Hadronen wie beispielsweise das Proton, das Neutron oder das Pion. Dementsprechend bilden Quarks und Gluonen auch die fundamentalen Bausteine aller Atomkerne.

QCD beschreibt die Natur auf der Längenskala der starken Wechselwirkung, circa 10−15 m und kleiner, was auch in etwa dem Radius des Protons oder Neutrons entspricht. Man vergleiche dies mit der typischen Größenordnung von Atomkernen und Atomen, die 10−14 m bzw. 10−10 m beträgt.

In unserer Gruppe untersuchen wir, wie sich QCD unter extremen Bedingungen, also z.B.Temperaturen jenseits 1012 K, verhält. Solche Bedingungen herrschten im frühen Universum in den ersten 10−6 s nach dem Urknall und sie können heute experimentell mittels kollidierender schwerer Ionen reproduziert werden. Dies geschieht beispielsweise am Large Hadron Collider im CERN oder dem Relativistic Heavy-Ion Collider in Brookhaven. Bei solchen Temperaturen werden die gebundenen Quarks voneinander getrennt und es bildet sich ein dichtes Plasma aus Quarks und Gluonen, das sogenannte Quark-Gluon Plasma (QGP). Uns interessieren besonders die topologischen Eigenschaften des QCD bei extremen Bedingungen, denn diese Eigenschaften sind beispielsweise in der Kosmologie von großer Bedeutung für das Verständnis des hypothetischen Axions und seiner Rolle als Dunkle Materie-Kandidat.

Des weiteren erforschen wir Transportkoeffizienten im QGP wie z.B. die Viskosität, die thermische und elektrische Leitfähigkeit oder die (Impuls)Diffusion, aber auch die Änderungsrate der (Minkowski) Topologie. Diese Koeffizienten beschreiben, wie schnell Störungen des Gleichgewichts im QGP abgebaut werden, und sind essentiell für das Verständnis von Schwerionenkollisionen, des frühen Universums oder astrophysikalischer Ereignisse wie der Fusion von Neutronensternen.