• Wie erforscht man das Phasendiagramm der Starken Wechselwirkung?
  • Welche Ansätze werden am Institut für Physik verfolgt?

Das Phasendiagramm der Starken Wechselwirkung

Das Phasendiagramm der Starken Wechselwirkung ist ein sehr aktives Forschungsgebiet. Das hat vielerlei Gründe. Unter anderem liegt es daran, dass es für verschiedene Fachgebiete relevant ist. Zum Beispiel knüpft es an die Astronomie durch seine Bedeutung für Neutronensterne an, ist aber auch für die Entwicklung des Universums seit dem Urknall bis zum heutigen Zustand wichtig, da das Universum dabei verschiedene Phasen der Starken Wechselwirkung durchlaufen hat. Technische und konzeptionelle Schwierigkeiten erschweren leider die Untersuchung des Phasendiagramms, weshalb es intensive Arbeiten auf mehreren Ebenen gibt.

In der Untersuchung des Phasendiagramms unterscheidet man zwischen Experimenten, zum Beispiel Kollisionsexperimente mit schweren Ionen, und theoretischen Untersuchungen. An ersteren sind in der Regel viele Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen von unterschiedlichen Forschungseinrichtungen beteiligt. Gruppen von Theoretikern und Theoretikerinnen sind viel kleiner. Meistens sind es nur eine Handvoll Leute. Manchmal arbeitet auch jemand alleine.

Forschung am Institut für Physik

Am Institut für Physik gibt es eine Theoriegruppe, die mit verschiedenen Zugängen das Phasendiagramm untersucht. Dabei gibt es unterschiedliche Spezialisierungen. Zum Beispiel versucht man neue Methoden zu entwickeln, um Berechnungen bei großen Drücken durchführen zu können. Ein anderer Ansatz verwendet eine bestimmte Methode, die zwar geeignet für solche Berechnungen ist, die aber technisch schwer umzusetzen ist. Deshalb ist es notwendig, schrittweise Verbesserungen einzuführen, um die Ergebnisse zu verbessern. Schrittweise heißt in dem Fall schon Mal, dass ein Doktorand drei Jahre daran arbeitet. Eine dritte Möglichkeit, mehr über das Phasendiagramm der Starken Wechselwirkung zu lernen, besteht darin, die Theorie der Starken Wechselwirkung leicht zu modifizieren. Diese Änderungen können manchmal die Berechnungen vereinfachen. Eine Schwierigkeit besteht dann darin, herauszufinden, ob die Ergebnisse auch auf die Starke Wechselwirkung übertragen werden können.

In einer typischen Rechnung versucht man zum Beispiel herauszufinden, wo die Grenzen zwischen den Phasen liegen, oder welche Phasen es überhaupt gibt. Etwas, das man gerne kenne würde, ist die Position des kritischen Punktes. Sie kann zwar mit manchen Methoden bereits berechnet werden. Allerdings muss man dazu Näherungen verwenden, welche das Ergebnis beeinflussen. Deshalb gibt es viele Ergebnisse für die Position des kritischen Punktes, abhängig davon, welche Methode und welche Näherungen man verwendet hat. Es ist aber allen klar, dass niemand, außer vielleicht durch Zufall, die exakte Position bereits ermittelt hat. Trotzdem werden solche Rechnungen durchgeführt, um die Methoden besser kennen zu lernen. Außerdem überprüft man so, wie allgemein die Ergebnisse sind: Bekommt man für viele Näherungen dasselbe, oder hängen die Ergebnisse sehr von den Näherungen ab? Kann man vielleicht sogar Aussagen treffen, die allgemein gültig sind? Kann man zum Beispiel Aussagen darüber machen, unter welchen Bedingungen ein kritischer Punkt existiert oder nicht existiert? Letzteres ist eine Möglichkeit, die noch nicht vollständig ausgeschlossen werden konnte.

Am Ende unserer Arbeit steht natürlich der Vergleich mit dem Experiment. Leider ist auch das nicht so einfach, weil man eine Größe finden muss, die man sowohl messen als auch berechnen kann. Zu diesem Zwecke ist es gut, direkten Kontakt zu Experimentalphysikern und Experimentalphysikerinnen zu haben. Dies erfolgt zum Beispiel durch direkte Kollaborationen oder durch Treffen auf gemeinsamen Workshops.

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