Außergewöhnliche Quantengravitation

Außergewöhnliche Quantengravitation

Diese vom ERC geförderte 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.

Die Vereinheitlichung der Quantenmechanik und der Allgemeinen Relativitätstheorie ist eine der größten Herausforderungen der zeitgenössischen theoretischen Physik. Eine solche Theorie wird am dringendsten für das Verständnis der Singularitäten Schwarzer Löcher und des Urknalls benötigt, aber sie ist ebenso entscheidend für die Suche nach einer konsistenten Vervollständigung des Standardmodells der Teilchenphysik bei hohen Energien und die Vereinheitlichung der fundamentalen Wechselwirkungen.

Die Forschungsgruppe geht dieses Problem aus einer neuen Perspektive an, indem sie sehr unterschiedliche Entwicklungsstränge zusammenführt. Einerseits beobachten wir insbesondere Fortschritte im Verständnis kosmologischer Singularitäten und die Hinweise auf neuartige unendlich-dimensionale Dualitätssymmetrien nahe der Singularität, die sich in der Supergravitations- und Stringtheorie abzeichnen, sowie die aktuellsten Fortschritte bei der Formulierung „außergewöhnlicher Geometrien“, die über die Riemannsche Geometrie hinausgehen. Andererseits nutzen wir Erkenntnisse aus der modernen kanonischen Quantisierung und verwandten Methoden sowie ausgefeilte mathematische Werkzeuge (wie z.B. die Theorie automorpher Repräsentationen) für ein besseres Verständnis der grundlegenden Freiheitsgrade und der Dynamik der Quanten-Raumzeit.

Das Hauptaugenmerk der Forschungsgruppe „Außergewöhnliche Quantengravitation“ liegt auf der maximal erweiterten außergewöhnlichen hyperbolischen Kac-Moody-Symmetrie E10, deren besondere Stellung sie zu einem erstklassigen Symmetriekandidaten für die Vereinigung der bekannten Dualitäten von String- und M-Theorie macht. Außerdem betrachten wir ihre „maximal kompakte“ Untergruppe K(E10), die die so genannten R-Symmetrien der erweiterten Supergravitationstheorien verallgemeinert. Dieser auf Symmetrie basierende Ansatz soll unter anderem zu einem konzeptuell präzisen Szenario des entstehenden (Quanten-)Raumes und der Zeit nahe der kosmologischen Singularität sowie zu einer Erklärung der fermionischen Struktur des Standardmodells mit 48 Quarks und Leptonen führen. Ebenso wichtig ist die weitere Verfolgung deutlicher Hinweise darauf, dass diese neuartigen unendlich-dimensionalen Dualitätssymmetrien die Supersymmetrie ablösen können, indem sie ein neues Leitprinzip für die Vereinheitlichung liefern.

Folglich sind die Hauptziele der Forschung der Gruppe, herauszufinden

  • wie diese Symmetrien eine Theorie der Quantengravitation mit emergenter Raumzeit und Materie definieren können,
  • wie sie auf ihre fundamentalen Freiheitsgrade wirken und wie bekannte Symmetriekonzepte (wie die allgemeine Kovarianz) aus einer solchen Beschreibung hervorgehen können,
  • was die Besonderheiten der Quantisierungstheorie sind und welche Rolle die Quantisierung bei der Erklärung emergenter Phänomene spielen sollte, und
  • ob und wie dieser Ansatz beobachtete Merkmale des Standardmodells der Teilchenphysik, insbesondere seines fermionischen Sektors, erklären kann und welche neuen physikalischen Vorhersagen daraus abgeleitet werden können.

Forschungs-Highlights der ERC-Gruppe

[1] E. Malek, H. Samtleben und H. Nicolai:
"Tachyonic Kaluza-Klein modes and the AdS swampland conjecture"
JHEP 2020(8): 159, e-print: 2005.07713[hep-th]

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

[3] A. Kleinschmidt, H. Nicolai und A. Vigano,
"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]

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

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

[6] 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]

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

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

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

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

[11] A. Coimbra
"Higher curvature Bianchi identities, generalised geometry and algebras"
Phys. Rev. D 100, 106001

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

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

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

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

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

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

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

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

Zur Redakteursansicht