DFG-NSF: Erforschung von physikalischen Konsequenzen der kanonischen Quantengravitation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kristina Giesel
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425333893

Die Vereinigung von Quantenmechanik und Allgemeiner Relativitätstheorie ist eines der offenen und fundamentalen Probleme in der modernen theoretischen Physik. Die Lösung dieser Aufgabe bringt viele Herausforderungen mit sich. In den kanonischen Ansätzen der Quantengravitation ist einer der wichtigen offenen Fragen die Formulierung der Quantendynamik in Form von sogenannten Quanten-Einstein Gleichungen, welche eine Quantisierung der klassischen Einstein Gleichungen beschreiben. In diesem Kontext gelangt man auf natürliche Art zu der Fragestellung, wie Wahlfreiheiten für die Quantisierung, die finale Quantendynamik und damit potentiell physikalische Eigenschaften der Quantentheorie beeinflussen. Alle der kanonischen Quantengravitation zugrunde liegenden Modelle begegnen dieser Problematik auf die eine oder andere Weise, was es erschwert, ein verlässliches physikalisches Bild zu liefern. Dies beinhaltet ebenfalls die Loop-Quantenkosmologie, im Rahmes derer erfolgreich die Auflösung zahlreicher Singularitäten demonstriert werden konnte und die potentielle Signaturen für den Mikrowellenhintergrund vorhersagt. Der Fokus dieses Antrags liegt darin, diese fundamentalen Fragestellungen zu erforschen und neue Erkenntnisse über diese zu erhalten. Hierzu soll der sogenannte Relationale Formalismus verwendet werden, welcher auf der Wahl von sogenannten Referenzfeldern (Uhren) basiert und im Kontext dessen Dirac Observablen konstruiert werden können, welches eichinvariante Größen in der Allgemeinen Relativitätstheorie sind. Ziel ist es, sowohl bereits existierende Modelle für die Quanten-Einstein Gleichungen zu verwenden, als auch Resultate aus der kanonischen kosmologischen Störungstheorie, um die Konsequenzen dieser Methoden in der klassischen Theorie und Quantentheorie zu analysieren. Resultate aus dieser Forschung werden einerseits die bereits existierenden Vorhersagen der Loop-Quantenkosmologie in einem allgemeineren Kontext testen, der näher an der vollen Theorie der Loop-Quantengravitation angesiedelt ist und andererseits auf interessante Erkenntnisse darüber führen, inwiefern bestimmte Auswahlen der Wahlfreiheiten für die Quantisierung und die Eichfixierung physikalische Vorhersagen beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Parampreet Singh, Ph.D.