Stark wechselwirkende Materie unter extremen Bedingungen

Gruppenbild: SFB Transregio 211

Bild: Hauke Sandmeyer (Bielefeld)

Extrem spannende Materie: Unter extremen Bedingungen verstehen Physiker hohe Temperaturen und Dichten, wie sie etwa in der ersten Millionstel Sekunde nach dem Urknall vorlagen – einige Billionen Grad Celsius (das ist hunderttausendmal heißer als das Innere unserer Sonne) sowie das Mehrfache der in Atomkernen erreichten Dichte (mehrere 100 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter).

Unter diesen Bedingungen ist Materie von der so genannten starken Wechselwirkung dominiert. Das ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie ist zum Beispiel für den Aufbau der Atomkerne aus Protonen und Neutronen und für deren innere Struktur aus Quarks und Gluonen verantwortlich. Unter extremen Bedingungen bildet stark-wechselwirkende Materie neuartige Zustandsformen aus, vergleichbar mit den verschiedenen Aggregatzuständen des Wassers als Eis, Flüssigkeit und Gas. Während dies an großen Teilchenbeschleunigern wie dem LHC am CERN in Genf und in naher Zukunft auch an der internationalen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR in Darmstadt experimentell untersucht wird, beleuchtet der Sonderforschungsbereich/Transregio 211 die Thematik von theoretischer Seite.

In 14 Teilprojekten werden dabei die fundamentalen Eigenschaften stark-wechselwirkender Materie untersucht und auf die Physik im frühen Universum und in Schwerionen-Experimenten angewendet. Einzigartig am neuen SFB/TR ist die Kombination von aufwändigen numerischen Simulationen auf Höchstleistungs-Supercomputern („Gitter-QCD“) mit analytisch basierten Methoden. Der Sonderforschungsbereich verbindet Physiker in Frankfurt, Darmstadt und Bielefeld.

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