Forschungsgruppen am Physikalischen Institut

Die Gruppe befasst sich mit der Untersuchung der Eigenschaften von schweren Beauty-Quarks. Beauty-Quarks bieten ein einzigartiges Teleskop in das frühe Universum: Durch ihre vielfältigen Zerfälle ermöglichen sie die Messung vieler fundamentaler Parameter des Standardmodells der Teilchenphysik und die Suche nach neuen physikalischen Phänomenen. Die Forschungsgruppe ist eine der weltweit führenden Einrichtungen für die experimentelle und phänomenologische Untersuchung der semileptonischen und leptonischen Zerfälle von Beauty Hadrons. Diesen Forschungszweig führen wir mit den japanischen Experimenten Belle und Belle II durch. Darüber hinaus suchen wir mit dem FASER-Experiment am CERN nach schwach wechselwirkenden Teilchen (FIPs).

Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den schwersten bekannten Elementarteilchen: dem Top-Quark und den Higgs-, Z- und W-Bosonen zur Überprüfung des Standardmodells der Teilchenphysik und zur Erforschung der Physik jenseits des Standardmodells. Die Messungen werden mit Proton-Proton-Kollisionen im Large Hadron Collider am CERN in Genf durchgeführt. Die Daten werden mit dem ATLAS-Experiment gesammelt. Maschinelles Lernen ist ein integraler Bestandteil der meisten Analysen, und es werden neue Methoden des maschinellen Lernens untersucht.

Ich interessiere mich für die Stringtheorie. Die Stringtheorie ist ein Kandidat für alle bekannten Wechselwirkungen. In einer bestimmten Grenze sollte sie bekannte Theorien der Teilchenphysik reproduzieren. Mit diesem Aspekt habe ich mich in der Vergangenheit beschäftigt, wobei ich mich auf sich überschneidende Brane-Modelle und heterotische Orbifolds konzentriert habe. Obwohl die Vereinheitlichung mit der Gravitation einfach ist, ist es kompliziert, aus der Stringtheorie wirklich etwas über die Quantengravitation zu lernen. Die störungsfreie Stringtheorie ist nicht für allgemeine gekrümmte Raumzeiten formuliert worden, für die man erwarten würde, dass die Quantengravitation wichtig ist. Dualitäten zwischen stark und schwach gekoppelten Strings helfen dabei. 1997 schlug Maldacena, inspiriert von solchen Dualitäten, die AdS/CFT-Korrespondenz vor. Diese erlaubt es, die Quantengravitation auf AdS-Räumen durch eine konforme Feldtheorie an deren Rand zu ersetzen. Derzeit bin ich daran interessiert, die Quantengravitation mit Hilfe der AdS/CFT-Dualität zu erforschen.

Im Mittelpunkt meiner Forschungsinteressen steht die experimentelle Untersuchung topologisch korrelierter Quantenmaterie. Die meisten dieser Experimente werden an hochmodernen Forschungseinrichtungen wie Teilchenbeschleunigern, Neutronenquellen oder Hochmagnetfeldanlagen durchgeführt.

Die Arbeitsgruppe Experimentelle Quantenphysik beschäftigt sich mit der  Untersuchung von Quantenphänomenen und der Entwicklung von  Quantentechnologien. Hierzu werden beispielsweise ultrakalte Atome bei  Temperaturen von wenigen Milliardstel Grad über dem absoluten  Temperaturnullpunkt eingesetzt, mit deren Hilfe stark-korrelierte  Materiezustände aus der Festkörperphysik simuliert werden. Darüberhinaus  beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Untersuchungen von  verschränkten Zuständen aus Licht und Materie in optischen  Mikroresonatoren.

Die Forschung der Gruppe liegt auf dem Gebiet der theoretischen Quantenphysik. Unser Interesse gilt komplexen Phänomenen, die durch das Zusammenspiel vieler Teilchen entstehen. Experimentelle Realisierungen solcher komplexer Quantensysteme sind zum Beispiel ultrakalte atomare Gase, hybride Atom-Licht-Systeme oder Quantenmaterialien. Unsere Forschung versucht, mit numerischen und analytischen Methoden die Herausforderungen der theoretischen Beschreibung solcher Quantenvielteilchensysteme, ihrer faszinierenden Quantenphasen und ihrer kollektiven Phänomene zu bewältigen.

Die Forschung unserer Arbeitsgruppe konzentriert sich auf nicht-perturbative Aspekte der Quantenfeldtheorie und auf die mathematischen Strukturen, die ihnen zugrunde liegen. Ein Forschungsschwerpunkt liegt bei der Physik ausgedehnter Objekte in der Quantenfeldtheorie, die wir mit Hilfe von Geometrie, Darstellungstheorie und Modularität in einem stringtheoretischen Rahmen untersuchen.

Unsere Forschung befasst sich mit der Quantenfeldtheorie als dem Rahmen der Elementarteilchenphysik. Ein Ziel unserer Arbeit ist es, von sogenannten integrablen Modellen zu lernen, die oft vollständig lösbar sind. Eine Verbindung zwischen vierdimensionaler Quantenfeldtheorie und Integrabilität wird durch die holographische Eichtheorie-Gravitations-Korrespondenz hergestellt, die die Dualität der Stringtheorie auf einer bestimmten Hintergrundgeometrie und einer Quantenfeldtheorie an deren Rand beschreibt. Insbesondere sind wir daran interessiert, die hieraus resultierenden Symmetrien und geometrischen Erkenntnisse für Streuamplituden und Feynman-Integrale in einem allgemeineren Kontext zu verstehen.

Die Wechselwirkungen vieler Quantenteilchen können zu einer faszinierenden Fülle von Phänomenen führen, die von Magnetismus über Supraleitung bis hin zu Nicht-Gleichgewichtszuständen wie Zeitkristallen reichen. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Berechnungsansätzen für Quanten-Vielteilchensysteme, insbesondere Quanten-Monte-Carlo, Tensornetzwerke und exakte Diagonalisierungstechniken, um ein tieferes Verständnis ihrer reichhaltigen Physik zu erhalten. Darüber hinaus erforschen wir den Einsatz von Quantencomputern, um Fortschritte auf diesem Gebiet zu erzielen.

Präzissionsmessungen im Elektroschwachen Sektor insbesondere der W Boson Masse und deren Interpretation, Suche nach Axion-artigen Teilchen und Gravitationswellen, Tau-Neutrino Detektorentwicklung, Fundamentale QCD und Topologische Effekte