Exzeptionelle Quantengravitation

Diese Forschungsgruppe versucht, einen neuen, auf Symmetrie basierenden Ansatz für das Problem der Vereinbarkeit von Quantenmechanik und Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu einer konsistenten Theorie der Quantengravitation zu entwickeln, die Gravitation, Raumzeit und Materie vereint. Das Projekt wurde bis November 2024 durch einen ERC Advanced Grant gefördert.

Die Vision, die diesem Forschungsprojekt zugrunde liegt, basiert einerseits auf dem überwältigenden Erfolg von Symmetriekonzepten in der Physik - von der Maxwellschen Theorie über Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie bis hin zum modernen Standardmodell der Teilchenphysik. Andererseits wird versucht, Erkenntnisse aus konzeptionell unterschiedlichen Ansätzen zum Problem der Quantengravitation sowie aus jüngsten Fortschritten in unserem Verständnis der Einsteinschen Theorie zu nutzen. Die grundlegende Hypothese ist, dass Raumzeit und Materie auf der fundamentalsten Ebene durch eine andere, prägeometrische Theorie beschrieben werden sollten, die neuen Symmetrieprinzipien unterliegt. Diese Symmetrieprinzipien gehen über diejenigen hinaus, die aus der Standard-Raumzeit-basierten (Quanten-)Feldtheorie bekannt sind. In einem solchen Schema wären Materie, Raumzeit und Geometrie emergente Konzepte, die nur auf makroskopischen (niedrigenergetischen) Skalen gültig sind. Ihre Entstehung wird daher als Ergebnis eines dynamischen Prozesses betrachtet, an dem die fundamentalen mikroskopischen Freiheitsgrade beteiligt sind. Die Grundannahme ist, dass die Symmetrie, die diesen Prozess steuert, die „maximal erweiterte“ hyperbolische Kac-Moody-Algebra E10 ist, eine mathematische Struktur, die eindeutig als Symmetriekandidat für die M-Theorie und damit für die Quantengravitation hervorsticht. Sie vereint die bekannten Dualitäten der Supergravitation, der Stringtheorie und der M-Theorie, und es mehren sich die Hinweise, dass sie ein Schlüsselelement für das Verständnis und die Lösung kosmologischer Singularitäten sein wird. Darüber hinaus hat sie das Potenzial, die Supersymmetrie als Leitprinzip der Vereinheitlichung zu ersetzen und abzulösen.

Forschungs-Highlights der ERC-Gruppe

[1] A. Kruk, M. Lesiuk, K.A. Meissner and H. Nicolai:
"Signatures of supermassive charged gravitinos in liquid scintillator detectors”
Phys. Rev. Res. 7 (2025) 3, 033145,  e-print: 2407.04883[hep-ph]

[2] K. A. Meissner and H. Nicolai:
"Standard Model symmetries and K(E10)"
J. High Energ. Phys. 08 (2025) 054,  e-print: 2503.13155[hep-th]

[3] E. Malek, H. Samtleben and H. Nicolai:
"Tachyonic Kaluza-Klein modes and the AdS swampland conjecture"
J. High Energ. Phys. 2020(8): 159, e-print: 2005.07713[hep-th]

[4] K.A. Meissner and H. Nicolai:
"Superheavy Gravitinos and Ultra-High Energy Cosmic Rays",
JCAP09(2019)041, e-print: 1906.07262[astro-ph.HE]

[5] A. Kleinschmidt, H. Nicolai and A. Viganò:
"On spinorial representations of involutory subalgebras of Kac-Moody algebras",
In: Valery A. Gritsenko, Vyacheslav P. Spiridonov: Partition Functions and Automorphic Forms, e-print: 1811.11659[hep-th]

[6] K.A. Meissner and H. Nicolai:
"Planck Mass Charged Gravitino Dark Matter",
Phys. Rev. D100 (2019) 3,035001, e-print: 1809.01441[hep-ph]

[7] K. A. Meissner and H. Nicolai:
"Standard Model Fermions and Infinite-Dimensional R-Symmetries",
Phys. Rev. Lett. 121 (2018) 9,091601, e-print:1804.09606[hep-th]

[8] L.T. Kreutzer:
"Canonical analysis of E6(6)(R) invariant five dimensional (super-)gravity"
Journal of Mathematical Physics 62, 032302 (2021), e-print: 2005.13553 [hep-th]

[9] E. Malek and D. C. Thompson:
"Poisson-Lie U-duality in Exceptional Field Theory"
J. High Energ. Phys. 04 (2020) 058, e-print:1911.07833 [hep-th]

[10] E. Malek and H. Samtleben
"Kaluza-Klein Spectrometry for Supergravity"
Phys. Rev. Lett. 124, 101601

[11] D. Butter, F. Ciceri and B. Sahoo:
"N=4 conformal supergravity: the complete actions"
J. High Energ. Phys. 01 (2020) 029

[12] M. Henneaux, V. Lekeu and A. Leonard:
"A note on the double dual graviton"
J. Phys. A 53, 1 (2019)

[13] A. Coimbra:
"Higher curvature Bianchi identities, generalised geometry and L_∞​ algebras"
Phys. Rev. D 100, 106001

[14] E. Malek, H. Samtleben, V. V. Camell:
"Supersymmetric AdS7 and AdS6 vacua and their consistent truncations with vector multiplets"
J. High Energ. Phys. 2019, 88 (2019)

[15] D. Luest, E. Malek, E. Plauschinn and M. Syvari:
"Open-String Non-Associativity in an R-flux Background"
J. High Energ. Phys. 2020, 157 (2020)

[16] V. Lekeu and A. Leonard:
"Prepotentials for linearized supergravity"
 Class. and Quantum Gravity 36, Number 4

[17] L. Casarin, H. Godazgar and H. Nicolai:
"Conformal anomaly for non-conformal scalar fields"
Phys. Lett. B, 787 94 (2018)

[18] M. Henneaux, V. Lekeu, A. Leonard, J. Matulich and S. Prohazka:
"Three-dimensional conformal geometry and prepotentials for four-dimensional fermionic higher-spin fields"
J. High Energ. Phys. 2018, 156 (2018)

[19] G. Bossard, F. Ciceri, G. Inverso, A. Kleinschmidt and H. Samtleben:
"E9 exceptional field theory I. The potential"
J. High Energ. Phys. 2019, 89 (2019)

[20] M. Broccoli and A. Viganò:
"Electromagnetic self-force in curved spacetime: New insights from the Janis-Newman algorithm"
Phys. Rev. D 98, 084007 (2018)

[21] R. Kallosh, H. Nicolai, R. Roiban and Y. Yamada:
"On quantum compatibility of counterterm deformations and duality symmetries in N ≥ 5 supergravities"
J. High Energ. Phys. 2018, 91 (2018).