Neue Modelle der Stringtheorie erklären Entstehung des frühen Universums
Die vor etwa 30 Jahren entwickelte Stringtheorie soll schlüssige und einfache Antworten auf grundlegende physikalische Fragen liefern. Schwerpunkt im ersten Forschungsabschnitt des EU-finanzierten Projekts STRINGLEEFT waren modernste mathematische Werkzeuge für die Erforschung und Beschreibung von Kompaktifizierungen der 10-dimensionalen Stringtheorie bis hin zu einem vierdimensionalen Universum. Aufbauend auf den Kompaktifizierungsmodellen befasste sich der zweite Forschungsabschnitt mit grundlegenden Problemen der Kosmologie und Teilchenphysik und erstellte experimentelle Prognosen, die in aktuellen und künftigen Experimenten getestet werden können. Die Quantenfeldtheorie erweitert die Quantenmechanik von einzelnen lokalisierten Teilchen auf überall existierende Felder und ist ein allgemeines Konzept zur Beschreibung kosmologischer und teilchenphysikalischer Probleme. Nicht alle feldtheoretischen Modelle des Universums lassen sich konsistent in die Quantengravitation einbetten. Die Forscher untersuchten Konsistenzbedingungen für vielversprechende Modelle der Kosmologie und zeigten, dass einige Modellklassen inkonsistent sind. Sie identifizierten neue Modelle der Stringtheorie, die den geforderten Eigenschaften entsprechen. Die Forschungen lieferten weitere Einblicke in die Eigenschaften der Stringtheorie selbst wie auch in Zusammenhänge zwischen Stringtheorie und kosmologischen Modellen. Die schnelle Expansion des Universums nach dem Urknall ist extrem sensitiv gegenüber Quantengravitationseffekten und lässt sich nur schwer in die Stringtheorie einbetten. Die Projektforscher identifizierten ein neues Inflationsmodell, das Inflation mit Quantengravitationseffekten erklären kann. Seine charakteristischen Signaturen lassen sich in künftigen kosmologischen Beobachtungen testen. Primordiale Gravitationswellen entstehen während der Inflation, aber ihre Amplitude wird durch Inflation nicht fixiert. Die Forscher identifizierten eine belastbare Obergrenze für die Amplitude primordialer Gravitationswellen aus der Stringtheorie, die mit Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation untersucht werden kann. Die Arbeit von STRINGLEEFT trägt zum langfristigen wissenschaftlichen Ziel bei, die Entstehung des Universums wie auch dessen Bestandteile und Entwicklung zu klären. Die Ergebnisse lassen sich direkt mit Experimenten und Beobachtungen abgleichen und können künftige experimentelle Programme und damit technologische Entwicklungen voranbringen.
Schlüsselbegriffe
Stringtheorie, Quantengravitation, Kosmologie, Kompaktifizierungen
