FORSCHUNGSBEREICH
Die Ausdehnung des Universums und die Bildung kosmischer Strukturen sind ein Prüfstand für die Eigenschaften der Schwerkraft auf den größten Längenskalen, wo neue und unerwartete Gravitationsphänomene auftreten und Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie beobachtet werden können. Dunkle Energie kann die beschleunigte Expansion des Universums in seinen späten Entwicklungsphasen antreiben und eine Alternative zur kosmologischen Konstante darstellen, und alternative Theorien der Gravitation stellen unser Verständnis der Konstruktionsprinzipien von Feldtheorien auf die Probe. Wir wollen solche Theorien mit Daten der europäischen Euclid-Satellitenmission testen, die eine dreidimensionale Vermessung der kosmischen Materieverteilung durchführen wird und in der Lage ist, kosmologische Modelle jenseits des Standardmodells zu überprüfen. Wir entwickeln und testen modifizierte Theorien der Schwerkraft und untersuchen die Expansionsgeschichte des Universums auf modellunabhängige Weise
Group: Prof. Matthias Bartelmann
Group: Prof. Lavinia HeisenbergPhysikalische Prozesse im Universum untersuchen die Naturgesetze auf einer sehr hohen Energieskala und stellen eine Verbindung zwischen der Gravitations- und der Inflationsphysik, der Teilchenphysik und deren Standardmodell her. Wir untersuchen Inflationsmodelle, ihre Beziehung zu sehr leichten Elementarteilchen wie Neutrinos und Axionen, die Entstehung von Baryonen und Leptonen im frühen Universum, leiten beobachtbare Konsequenzen von Prozessen nahe der Planck-Skala ab und beschreiben die Physik des frühen Universums in verschiedenen Rahmen. Insbesondere erlauben uns die Methoden der Renormierung, den Verlauf der fundamentalen Naturkonstanten in ihrer kosmologischen Entwicklung zu berechnen.
Strukturen mit sehr geringer Amplitude entstanden wahrscheinlich durch die Inflation im frühen Universum. Sie entwickelten sich zu den ausgeprägten Strukturen, die wir in unserer kosmischen Umgebung beobachten, wie Galaxien, Galaxienhaufen, großräumige Filamente und riesige, fast materiefreie Regionen. Das Verständnis der nichtlinearen, nicht im Gleichgewicht befindlichen Entwicklung dieser Strukturen ist nicht nur wichtig, um kosmologische Beobachtungen richtig zu interpretieren, sondern auch, um die grundlegenden Ursachen für das Auftreten und den inneren Aufbau dieser Strukturen zu verstehen. Wir entwickeln eine kinetische Feldtheorie für die kosmische Strukturbildung, die formal und konzeptionell der statistischen Quantenfeldtheorie nahe kommt.
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Gruppen: Prof. Matthias Bartelmann, Prof. Lavinia Heisenberg
Was ist die fundamentale Quantenstruktur der Raumzeit? Gibt es einen "kürzesten Zeitabschnitt" oder eine "minimale Länge"? Ist Raumzeit kontinuierlich oder diskret? Und wie testen wir Theorien von Quantengravitation durch Beobachtungen und Experimente?
Diese Fragen motivieren uns zu einem breit aufgestellten Zugang, in dem wir asymptotisch sichere Quantengravitation, Kausale Mengen und Matrix-/Tensormodelle für Quantengravitation, sowie die Zusammenhänge zwischen diesen verschiedenen theoretischen Ansätzen untersuchen. Eine vielseitige Methode, die wir für diese Untersuchungen einsetzen ist die Renormierungsgruppe -- grob gesagt ein "Mikroskop für Raumzeit". Sie erlaubt uns, die fundamentale, mikroskopische Struktur von Raumzeit zu charakterisieren. Außerdem erforschen wir das Zusammenspiel von Quantengravitation mit Materie -- sowohl im Standardmodell der Teilchenphysik als auch darüber hinaus -- um zu testen, wie die Wechselwirkung von Quantenraumzeit mit Materie auf den kleinsten vorstellbaren Skalen sich auswirkt auf experimentell zugängliche Eigenschaften der Materie. Zusätzlich erforschen wir die innere Struktur von Schwarzen Löchern, wo die Allgemeine Relativitätstheorie zusammenbricht und Quantengravitationseffekte wichtig werden.
