Das Forschungsgebiet theoretische Teilchenphysik beschäftigt sich mit dem theoretischen Verständnis der Eigenschaften von Materie und ihren Wechselwirkungen. Hier werden unterschiedliche Zugänge (Gittereichtheorie, Störungstheorie) verfolgt, um beispielsweise die Frage nach dem Ursprung der Masse und nach der Entwicklung des Universums zu beantworten. Für die zugehörigen Rechnungen werden modernste Computersysteme verwendet und entwickelt.

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Die Forschungsgruppe von Prof. Knechtli befasst sich mit Simulationen der Theorie der starken Wechselwikung, der Quantenchromodynamik (QCD) auf dem Gitter. Insbesondere werden im Rahmen der DFG Forschungsgruppe "Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD (FOR 5269)" (https://confluence.desy.de/display/for5269) neuartige Algorithmen entwickelt. Die Interessen der Gruppe sind die Physik von Charmonium, Gluebällen und Hybrid Mesonen, das statische Potential und die Berechnung der starken Kopplungskonstante. Außer QCD werden auch Eichtheorien in 5 Dimensionen und Spinmodelle mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen untersucht.

Der Arbeitsschwerpunkt von Prof. Hölbling liegt in der numerischen Behandlung von Quantenfeldtheorieen. Neben Rechnungen in der phänomenologischen Gitter-QCD, deren Ziel vor allem Konsistenztests des Standardmodells und damit zusammenhängend die Suche nach neuer Physik sind, beschäftigt er sich auch mit konzeptuellen und algorithmischen Fragen von diskretisierten Quantenfeldtheorieen. Dazu zählen, neben dem Verständnis von chiraler und anderen Symmetrien auf dem Gitter, vor allem die Konstruktion von verbesserten Wirkungen. Darüberhinaus beschäftigt sich Prof. Hölbling mit der Echtzeitdynamik von Quantenfeldern und deren Wechselwirkung mit semiklassischer Gravitation. Zu der Website von Prof. Hölbling geht es hier

Der Forschungsschwerpunkt von Prof. Günther ist die Erforschung des QCD-Phasendiagramms mit Methoden der Gittereichtheorie. Insbesondere beschäftigt sie sich mit dem Verhalten von QCD-Materie bei endlichen Dichten, was eine besondere Herausforderung für Gitter-QCD-Rechnungen darstellt. Hier verhindert das berüchtigte "Sign-Problem" die Verwendung der etablierten Monte-Carlo-Simulationen, weswegen neue Methoden gesucht oder Extrapolationen verwendet werden um QCD in diesem Bereich zu lösen. Die so gewonnen Erkenntnisse können zum Verständnis von Schwerionen-Kollisionen an Teilchenbeschleunigern genutzt werden um die dort gewonnen Ergebnisse theoretisch aus ersten Prinzipen zu erklären. Um die experimentellen Bedingungen in Gitter-QCD-Simulationen abbilden zu können verwendet Prof. Günther die Methode der analytischen Fortsetzung von imaginärem chemischem Potential.