Positive Geometrie – Millionenförderung für Forschungsprojekt UNIVERSE+

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Allen Streuungsprozessen (links) und kosmologischen Korrelationen (rechts) ist eine positive Geometrie (Mitte) zugeordnet. | Quelle: MPIs Physik/Mathematik i.d. NW | Download

"Unser Team will wir eine neue mathematische Sprache schaffen", sagt Johannes Henn, der koordinierende Projektleiter. "Das Ziel ist es, physikalische Phänomene auf allen Skalen zu beschreiben, von den Wechselwirkungen der Elementarteilchen bis zur großräumigen Struktur des Universums.“ Die Raumzeit und die Quantenmechanik bilden das Herzstück der Physik und haben zu einem spektakulär erfolgreichen Verständnis der Naturgesetze geführt Es ist jedoch davon auszugehen, dass diese Säulen der fundamentalen Physik nur ungefähre Richtwerte sind, die sich letztendlich aus grundlegenderen Konzepten ableiten lassen müssen. Am dramatischsten zeigt sich dies an der Singularität des Urknalls, die das gängige Konzept der Raumzeit zum Kippen bringt.

Die verborgene Geometrie physikalischer Gesetze

Kürzlich wurden in den Datensätzen, die die Streuung von Elementarteilchen und die korrelierten Positionen kosmologischer Strukturen am Himmel beschreiben, neuartige geometrische Formen, so genannte "positive Geometrien", entdeckt. "Wir glauben, dass diese positiven Geometrien den Tiger beim Schwanz gepackt haben", sagt Nima Arkani-Hamed, "sie geben uns die ersten konkreten Beispiele dafür, wie die Prinzipien der Raumzeit und der Quantenmechanik aus grundlegenderen mathematischen Prinzipien entstehen können." Bislang wurden diese positiven Geometrien jedoch nur in vereinfachten spielerischen Modellen der physikalischen Welt gefunden. Ziel der UNIVERSE+-Kollaboration ist es, diese neuen Ideen vollständig zu verstehen und zu entschlüsseln. Zudem gilt es, die Geometrien zu finden, die für die reale Welt relevant sind, was die Schwerkraft und das expandierende Universum einschließt.

Diese Entwicklungen auf dem Gebiet der Physik sind eng mit signifikanten Fortschritten in der Mathematik verbunden. "Positive Geometrien sind an sich faszinierende Objekte, unabhängig von den physikalischen Gegebenheiten, in denen sie entdeckt wurden", sagt Bernd Sturmfels. "Ich glaube, dass die Positive Geometrie eine sehr vielversprechende Zukunft hat, mit großem Potenzial, ein lebendiges neues Gebiet an der Schnittstelle von Physik und Mathematik zu werden. Um dies zu erreichen, bedarf es in den kommenden Jahren eines gemeinsamen und koordinierten Engagements von Physikern und Mathematikern, was nun durch den ERC Synergy Grant für die UNIVERSE+ Kooperation einen deutlichen Schub erhalten hat."

Das Team

Das Projekt UNIVERSE+ wird von Nima Arkani-Hamed (IAS Institute for Advanced Studies, Princeton), Daniel Baumann (Universität Amsterdam), Johannes Henn (Max-Planck-Institut für Physik, München) und Bernd Sturmfels (Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften, Leipzig) geleitet. Die Projektleiter vereint komplementäres Fachwissen auf den Gebieten der Teilchenphysik, Kosmologie und Mathematik. Dies ist die erste Kooperation dieser Art, verwirklicht die durch die Zusammenführung entscheidender Erkenntnisse sowohl in der Mathematik als auch der Physik.

Das Forscherteam möchte junge, talentierte Wissenschaftler*innen aus unterschiedlichen Bereichen für ein facettenreiches Forschungsprogramm gewinnen. Dieses hat das Potenzial, ein breites Spektrum von Themen in der Teilchenphysik, der Kosmologie und der fachübergreifenden Mathematik zu prägen. In Kürze werden Stellen für Forscherinnen und Forscher ausgeschrieben, die das Team verstärken sollen.

Ein Kick-off-Workshop des Projektes ist für den 12. bis 16. Februar 2024 am Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften in Leipzig geplant.

Die ERC Synergy Grants

Mit den ERC Synergy Grants werden Verbundprojekte finanziert, die aufgrund ihrer Komplexität von mehreren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und deren Forschungsgruppen ungesetzt werden, um Durchbrüche zu erzielen, die in Einzelprojekten nicht möglich wären. Zu diesem Zweck vergibt der ERC Zuschüsse von bis zu 10 Millionen Euro für einen Zeitraum von sechs Jahren.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Johannes Henn
Max-Planck-Institut für Physik
henn@mpp.mpg.de

Prof. Dr. Bernd Sturmfels
Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften
bernd@mis.mpg.de

Weitere Informationen:
https://erc.europa.eu/apply-grant/synergy-grant Informationen zum ERC Synergy Grant Programm der EU
http://www.mpp.mpg.de/ueber-uns/organisation/direktoren/prof-dr-johannes-henn
http://www.math.berkeley.edu/~bernd/ Informationen zu Prof. Dr. Bernd Sturmfels