Sommerschule in der Theoretischen Physik

Eine besondere Sommerschule gab es im Juni/Juli 2017 am Physikdepartment der TUM: Methoden der Effektiven Feldtheorien und der Gitterfeldtheorie waren das Thema – weltweit zum ersten Mal. Mehr als 100 internationale Teilnehmer und mehr als 20 renommierte Dozenten nahmen an der von Wissenschaftlern um Prof. Nora Brambilla von der Professur für Theoretische Physik (T30f) ausgerichteten zehntägigen Sommerschule teil. Sie wurde von der VolkswagenStiftung gefördert und stand allen Münchner Studierenden offen.

Wie auch in vielen anderen Forschungsgebieten treten in der modernen theoretischen Physik zahlreiche Prozesse auf, deren Beschreibung sich über ein weites Intervall von Skalen ausdehnt. In der Physik der Atome, Kerne und Teilchen sind derartige Multiskalen-Prozesse die Regel anstatt vereinzelter Ausnahmen. Das gilt für zahllose andere Forschungsbereiche, insbesondere für viele Themen des Excellence Clusters Universe. Andererseits betrachtet moderne Forschung häufig Systeme, die aus großen Zahlen einzelner Komponenten bestehen, in welchen wiederum jede einzelne der Komponenten stark auf Änderungen anderer Komponenten reagiert. Solche im Fachjargon als stark korreliert oder stark wechselwirkend bezeichneten Systeme lassen sich typischerweise nur mittels numerischer Simulationen untersuchen.

Der am besten geeignete Ansatz

Falls es sich dabei zusätzlich um ein Multiskalen-System handelt – nicht untypisch für die Probleme an den Grenzen des Wissens – versagen numerische Methoden üblicherweise. Um diese Herausforderungen zu meistern, erweist sich die Kombination aus Effektiver Quanten Feldtheorie und numerische Rechenmethoden (Lattice Quantum Gauge Theory) als ein sehr geeigneter Ansatz.

„Zumeist wird mindestens einer dieser beiden Aspekte in einer wissenschaftlichen Ausbildung vernachlässigt, obwohl das Zusammenspiel der beiden unter anderem in QCD, der Theorie der Kernmaterie, wesentlich zu vielen wissenschaftlichen Erfolgen der letzten Jahre beigetragen hat“, bedauert Dr. Johannes H. Weber. Er gehört zu der TUMQCD-Kollaboration, die Prof. Dr. Nora Brambilla 2016 mit dem amerikanischen Wissenschaftler Dr. Peter Petreczky vom Brookhaven National Lab (BNL) gründete, um Synergien zwischen der in ihrer Gruppe vorhandenen Expertise für Effektive Feldtheorien und der Expertise seiner Gruppe für Gitterfeldtheorie zu erreichen. Die Simulationen der TUMQCD-Kollaboration sind am Leibniz-Rechenzentrum mithilfe der Rechencluster SuperMUC und C2PAP durchgeführt worden.

Die von der TUMQCD-Kollaboration ausgerichtete Sommerschule mit dem Themengebiet „Methoden der Effektiven Feldtheorie und Gitterfeldtheorie“ bot die erste strukturierte, interdisziplinäre Ausbildung zu beiden Vorgehensweisen und zu deren Ineinandergreifen. Effektive Feldtheorien reduzieren konkrete Probleme auf eine überschaubare Zahl relevanter Freiheitsgrade und absorbieren die irrelevanten Freiheitsgrade in einen schematisch geordneten Satz von Koeffizienten.

Gitterfeldtheorie bedient sich numerischer Monte-Carlo-Simulationen, die auf den Rechenclustern durchgeführt werden. „Wir haben mit interdisziplinären Symposien am TUM-IAS bereits Spitzenleute aus der aktiven Forschung zusammengebracht“, erklärt Dr. Andreas Kronfeld, Hans-Fischer Senior Fellow und Mitglied der TUMQCD-Kollaboration, mit Blick auf die bisher am IAS ausgerichteten Konferenzen, „nun wenden wir uns speziell dem wissenschaftlichen Nachwuchs zu.“

Alle Materialien von Vorträgen und Tutorials sind für die interessierte Öffentlichkeit auf der Website der Schule zugänglich.

Webseite der UMQCD-Kollaboration.

Sprecher:
Prof. Dr. Nora Brambilla
Dr. Johannes Heinrich Weber