Die Sektion Theorie
Die Quantenchromodynamik (QCD) gilt als eine höchst leistungsfähige Theorie zur Beschreibung der starken Wechselwirkung, also jener Kraft, die zwischen den Quarks wirkt.
Allerdings ist es nach wie vor eine große Herausforderung, aus den Grundgleichungen dieser Theorie bestimmte quantitative Größen zu berechnen, etwa die Massen und Struktureigenschaften von Mesonen und Baryonen. Die Sektion THFL (Theory Floor) des Helmholtz-Instituts Mainz entwickelt und nutzt dafür aufwändige Computersimulationen.
Beschleunigerexperimente, wie sie von der BESIII–Kollaboration in Peking durchführt werden, an dem auch das HIM beteiligt ist, produzieren und analysieren exotische Teilchen bzw. Teilchenzustände – insbesondere Mesonen (Teilchen bestehend aus zwei Quarks) und Baryonen (Systeme zusammengesetzt aus drei Quarks). Ob sich jedoch die Eigenschaften dieser experimentell gut untersuchten Teilchen mit den derzeit bekannten Formeln und Gesetzen berechnen lassen, ist eine offene Frage: Taugt die QCD in diesem Bereich für quantitative Voraussagen? Ist sie so tief verstanden, dass sie das reichhaltige Spektrum an den beobachteten Teilchen präzise zu erklären vermag?
Um diese Fragen zu beantworten, muss man die Quantenchromodynamik im niederenergetischen Bereich anwenden. Das jedoch ist überaus schwierig, denn anders als im hochenergetischen Regime lassen sich hier keine Näherungsmethoden anwenden. Deshalb sind die Experten auf aufwändige numerische Simulationen angewiesen, die ausschließlich auf Großrechnern laufen.
Dazu nutzen die HIM-Theoretiker das Verfahren der Gitter-QCD, in der die kontinuierliche Raumzeit durch ein diskretes Punktgitter ersetzt wird. Hier existieren die Felder der Quarks und Gluonen nur noch an den Gitterpunkten sowie deren Verbindungen. Auf diese Weise wird es überhaupt erst möglich, die Grundgleichungen der QCD per Computer zu lösen.
Details auf den Webseiten des HIM.
