Forschergruppe "Materie unter extremen Bedingungen"

Die fundamentale Theorie zur Beschreibung des Verhaltenskomplex unter derart extremen Bedingungen ist die Theorie der starken Wechselwirkung (Quantenchromodynamik). Stark wechselwirkende Elementarteilchen (Nukleonen, Mesonen) sind Bindungszustände verschiedener Quark-Kombinationen.

Normale Materie (hadronische Materie), wie etwa die Kernmaterie, enthält Quarks nur in gebundener Form; diese werden zusammengehalten durch den Austausch von Gluonen. Wird die Dichte oder die Temperatur der Materie jedoch weiter erhöht, so sagt die Thermodynamik der starken Wechselwirkung einen Phasenübergang in einen neuen, experimentell bisher noch nie untersuchten Aggregatszustand vorher: man erwartet ein System ungebundener Quarks und Gluonen - das Quark-Gluon Plasma.

Der Ablauf des Phasenübergangs und die Eigenschaften der vorhergesagten neuen Materieform bilden die wesentliche Thematik in der Untersuchung von Materie bei extremen Bedingungen. Ein wichtiger methodischer Zugang ist dabei die numerische Simulation des Verhaltens komplexer Systeme unter Verwendung der bekannten, analytisch allerdings nicht lösbaren, Bewegungsgleichungen. Die Forschergruppe betreibt zu diesem Zweck einen eigenen Komplex von leistungsstarken Parallelrechnern und nutzt die Rechner des Bielefelder Rechenzentrums sowie externer Rechenzentren. Für die experimentelle Erforschung ist das wesentliche Problem die Definition einer Sonde, mit der man solche extremen Bedingungen erreichen und nachweisen kann. Dabei ist insbesondere zu beachten, daß die zu untersuchende Materie in Kern-Kern-Stößen nur in sehr kleinen und kurzlebigen Tröpfchen entsteht, die sich rasch ausdehnen, abkühlen und dann in normale hadronische Materie zerfallen.

Für die Forschergruppe stehen daher drei Themenkomplexe im Vordergrund:

• Die Thermodynamik stark wechselwirkender Materie,
  
• die Untersuchung expandierender Materie,
  
• die Anwendung der Ergebnisse auf Kern-Kern Kollisionen.
  

• Teilprojekt 1: Projektleiter Prof. Dr. F. Karsch
  Zustandsgleichung der QCD bei hohen Temperaturen
  
• Teilprojekt 2: Projektleiter Prof. Dr. J. Engels
  Kritisches Verhalten in statistischen Modellen mit Goldstone Bosonen
  
• Teilprojekt 3: Projektleiter Prof. Dr. B. Petersson
  Die Stringspannung und die Abschirmlänge bei hoher Temperatur
  
• Teilprojekt 4: Projektleiter Prof. Dr. H. Satz
  Perkolation und Deconfinement
  
• Teilprojekt 5: Projektleiter Prof. Dr. R. Baier
  Nicht-Gleichgewichtsthermodynamik und expandierende Materie
  
• Teilprojekt 6: Projektleiter PD Dr. E. Laermann
  Temperaturunabhängigkeit von Hadronmassen und Zerfallsparametern