Beschreibung

Nur ein Teil der Elementarteilchen unterliegt der Starken Wechselwirkung, d.h. jenen Kräften, die z.B. die Atomkerne zusammenhalten. Diese Teilchen nennt man Hadronen. Seit etwa 40 Jahren wissen wir, dass die Hadronen eine Unterstruktur besitzen. Die "Bausteine" der Hadronen heissen Quarks und Gluonen. Eine bemerkenswerte Eigenschaft der Hadronen ist die Tatsache, dass die Quarks und Gluonen nicht aus den Hadronen "herausgebrochen" werden können. Dieses Phänomen nennt man Confinement. Die Masse der uns umgebenden Materie besteht zu 99.95% aus Hadronen. Wie wir heute wissen, wird diese Masse wieder zu mehr als 98% durch die Starke Wechselwirkung dynamisch aus den (fast) masselosen Quarks und Gluonen erzeugt. Die Experten sprechen von dynamischer Massenerzeugung (bzw. von der dynamischen Brechung der chiralen Symmetrie).

Die Theorie der Quarks und Gluonen, die sogenannte "Quantenchromodynamik", beschreibt sehr viele Eigenschaften der Hadronen. Die beiden wichtigsten Merkmale der Hadronen, das Confinement und die dynamische Massenerzeugung, sind jedoch bis heute nicht zur Zufriedenheit der Physiker verstanden. Zwar konnte man mittels einer numerischen Behandlung der Quantenchromodynamik diese Phänomene als Eigenschaften der Theorie verifizieren, die zugrundeliegenden Mechanismen konnten jedoch bisher noch nicht eindeutig identifiziert werden.

Das Doktoratskolleg "Hadronen im Vakuum, in Kernen und Sternen" wird vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) finanziell gefördert. Die Dissertantinnen und Dissertanten in diesem Doktoratskolleg der Theoretischen Physik an der Universität Graz bearbeiten unter fachkundiger Anleitung die oben angeführten und weitere fundamentale Fragestellungen der Quantenchromodynamik und der Hadronphysik. In den geplanten Dissertationen werden verschiedene mathematische Verfahren zur näherungsweisen Lösung der Quantenchromodynamik angewandt. Die diesbezügliche numerische Auswertung wird an Höchstleistungscomputern durchgeführt. Mittels der Kombination der eingesetzten Methoden sollen neue theoretische Verfahren entwickelt werden, die dann auch in anderen Gebieten der Physik wie z.B. der Festkörperphysik oder der Biophysik ihre Anwendung finden werden. Selbstverständlich werden auch neueste theoretische Methoden aus benachbarten Wissenschaftsbereichen auf ihre Anwendbarkeit für die vorliegenden Problemstellungen untersucht und gegebenenfalls adaptiert.

Um die ambitionierten Ziele dieses Doktoratskollegs erreichen zu können, und die Dissertantinnen und Dissertanten des Kollegs an die Weltspitze dieses hoch aktuellen Forschungsgebiets heranzuführen, ist die Etablierung eines Netzwerks mit internationalen Partnern, inklusive dem regelmäßigen Austausch von Dozenten und Studierenden sowie gemeinsamen Workshops, geplant. Hierbei soll die international wettbewerbsfähige Ausbildung der Studierenden in benachbarten Gebieten der Physik garantiert werden. Das seit 2001 bestehende gemeinsame Graduiertenkolleg der Universitäten Basel und Tübingen spielt als besonders enger Partner des Grazer Doktoratskollegs bei der Erreichung dieses Ziels eine besondere Rolle. Im Austausch zu Vorlesungen Grazer Professoren in Basel und Tübingen werden weltweit führende Experten der experimentellen Elementarteilchenphysik und der Astrophysik Vorlesungen in Graz abhalten. Gemeinsame Workshops werden diese Lehrveranstaltungen vertiefen.

Darüber hinaus soll die Weltspitze der Forscher in diesem Gebiet nach Graz eingeladen werden, um vor Ort in Vorträgen oder Kompaktvorlesungen ihr Wissen und Können an die Studierenden des Doktoratskollegs weiterzugeben. Last but not least, werden die Dissertantinnen und Dissertanten des Kollegs ein Semester an einem der führenden Institute im Ausland unter der Betreuung der dortigen Wissenschaftler verbringen. Die vom FWF gewährte finanzielle Unterstützung dieser Aktivitäten stimmt zuversichtlich, dass dieses Doktoratskolleg ein wichtiger und renommierter Bestandteil der "Graz Advanced School of Science" wird, die derzeit als gemeinsames naturwissenschaftliches Doktoratsstudium von der Karl-Franzens- und der Technischen Universität Graz eingerichtet wird.