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Die internationale Forschungsgruppe „Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in der Quantenchromodynamik“ unter Leitung der Bergischen Universität Wuppertal ist seit vier Jahren der starken Kraft auf der Spur, die Atomkerne sowie ihre Bausteine, Protonen und Neutronen, zusammenhält. Im Dezember hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) entschieden, dass sie weiterforschen darf und würdigt damit die wissenschaftliche Qualität und internationale Sichtbarkeit des Projekts. Sprecher der Forschungsgruppe bleibt der Wuppertaler Teilchenphysiker Prof. Dr. Francesco Knechtli.
Im Zentrum der Forschungsgruppe steht eine der grundlegendsten Fragen der Physik: Wie funktioniert die sogenannte starke Wechselwirkung, eine der vier Grundkräfte der Natur? Im Standardmodell der Teilchenphysik wird sie als Quantenchromodynamik beschrieben. Sie sorgt dafür, dass die Bausteine der Protonen und Neutronen – die Quarks – fest zusammengehalten werden. Vermittelt wird diese Kraft durch Teilchen namens Gluonen. Trotz ihrer zentralen Rolle gibt es Eigenschaften dieser Gluonen, die bis heute kaum verstanden sind.
Ein besonderes Merkmal der starken Wechselwirkung ist, dass Gluonen und Quarks niemals einzeln beobachtet werden können. Bildlich gesprochen sind die Gluonen der „Klebstoff“, der die Quarks zusammenhält, womit sie stets in größeren Teilchen eingeschlossen sind – ein Phänomen, das Physiker*innen als „Confinement“ bezeichnen. Die Forschungsgruppe widmet sich genau diesen eingeschlossenen Gluonen und ihren Eigenschaften.
Unerwartete Ergebnisse
Im Fokus stehen dabei sogenannte Gluebälle – theoretisch vorhergesagte Teilchen, die fast ausschließlich aus Gluonen und kaum aus Quarks bestehen. Die Forschenden wollen herausfinden, ob es sie wirklich gibt und wie sie aussehen, und damit zum grundlegenden Verständnis der Kraft beitragen. Außerdem haben Experimente an Teilchenbeschleunigern seit Anfang der 2000er Jahre bislang unbekannte, sogenannte exotische Teilchen entdeckt. Bei ihrem inneren Aufbau könnten Gluonen nicht nur als „Klebstoff“ wirken, sondern sich auch in angeregten Bewegungszuständen befinden und so die Eigenschaften dieser Teilchen mitbestimmen.
„Weltweit führende Forschungsanlagen wie das CERN in Genf oder Teilchenbeschleunigerzentren in China und Japan liefern immer wieder Messdaten, deren Interpretation eine große Herausforderung darstellt. Sie passen nicht so richtig zu dem, was man bisher erwartet hat. Wir wollen mehr über die unerwarteten Teilchenzustände herausfinden und so helfen, die Beobachtungen besser zu verstehen und einzuordnen“, erklärt Prof. Dr. Francesco Knechtli.
Dafür setzen die Forschenden auf hochentwickelte Computersimulationen und leistungsstarke Rechenverfahren, die sie im Rahmen ihrer Arbeit entwickeln. Dabei verbinden sie theoretische Physik mit moderner angewandter Mathematik – laut Forschungsgruppe ein Alleinstellungsmerkmal. Die neuen mathematische Methoden sollen die Simulationen genauer und effizienter machen. Mit ihrem Ansatz wollen die Wissenschaftler*innen nicht nur die Beantwortung heutiger Fragestellungen vorantreiben, sondern auch zukünftiger Forschung den Weg ebnen.
Auch der Nachwuchs profitiert
Neben Prof. Dr. Francesco Knechtli sind von der Bergischen Universität Wuppertal auch Dr. Tomasz Korzec, Prof. Dr. Michael Günther sowie Prof. Dr. Andreas Frommer und Dr. Karsten Kahl an der Forschungsgruppe beteiligt. Weitere Partner kommen vom DESY Zeuthen, der Universität Regensburg sowie dem Trinity College Dublin. Die enge Zusammenarbeit stärkt nicht nur die internationale Vernetzung, sondern bietet auch spannende Ausbildungs- und Austauschmöglichkeiten für Nachwuchswissenschaftler*innen.
Die zweite Förderphase läuft von 2026 bis 2030. Die Gesamtförderung durch die DFG beträgt rund 2,5 Millionen Euro, davon entfallen 1,6 Millionen Euro auf die Bergische Universität Wuppertal.
Weiterführende Informationen gibt es auf der Webseite der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaft: https://fk4.uni-wuppertal.de/de/aktuelles/ansicht/dfg-verlaengert-forschungsgrup...
Prof. Dr. Francesco Knechtli
Professor für Höchstleistungsrechnen in der Theoretischen Physik
Telefon 0202/439-2630
E-Mail knechtli@uni-wuppertal.de
Austausch der Forschungsgruppe um Prof. Dr. Francesco Knechtli (li.) bei einem gemeinsamen Workshop ...
Copyright: Bergische Universität Wuppertal
Criteria of this press release:
Journalists
Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
Cooperation agreements, Research projects
German
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