Målet med den uafhængige forskningsgruppe “Gravity, Quantum Fields and Information” (GQFI), der ledes af dr. Michal P. Heller, er at udforske det fascinerende samspil mellem almen relativitetsteori, kvantefeltteori og kvanteinformationsteori, som er blevet afdækket i de seneste år, ved hjælp af indsigt fra holografi (AdS/CFT), mange-kropsfysik, sorte huller og meget mere.
Nogle af de motiverende spørgsmål for GQFI er:
- Kan vi forstå rumtidens dynamiske geometri, og dermed selve tyngdekraften, som et emergent kvante-mangekropsfænomen, i ånden af “It from Qubit”? Og hvilken rolle spiller kvanteinformationsbegreber som f.eks. sammenfiltring og kompleksitet i denne forbindelse?
- Kvantesystemer med mange bestanddele er kendt for at være meget komplekse og kræver kraftige computere til at simulere. Kan vi bruge nye idéer fra tensornetværk til at finde effektive metoder til at modellere disse systemer på en computer?
- Sorte huller er de eneste kendte objekter i naturen, hvor både kvanteteori og almen relativitetsteori er relevante på samme tid, og de tjener derfor som et sandt “teoretikerlaboratorium” for kvantetyngdekraften. Kan vi bruge værktøjer fra holografi og algebraisk kvantefeltteori til at kaste lys over disse mystiske objekter og måske afsløre deres indre?
- Hvordan kan nye metoder og forbindelser hjælpe os med at modellere ækvilibrationsprocesser som dem, der forekommer i ultraenergiske kollisioner af atomkerner ved RHIC- og LHC-acceleratorer?
Her er nogle af de specifikke forskningsprojekter, som GQFI for øjeblikket forfølger:
Kompleksitet i kvantefeltteori
I forbindelse med holografi er det kvanteinformationsteoretiske begreb “kompleksitet” blevet formodet at kunne kode visse gravitationelle størrelser (især dem, der vedrører rumtiden inde i sorte huller). Medlemmer af vores gruppe har været pionerer i bestræbelserne på at gøre denne idé præcis i kvantefeltteorier, og vi fortsætter studiet af denne nye størrelse i en række forskellige modeller.
Tensornetværk
Tensornetværk er ekstremt nyttige værktøjer til at repræsentere visse kvantetilstande og har interessante geometriske egenskaber, der har ført til frugtbare analogier med holografi. Især MERA-tensornetværket, som er naturligt egnet til at repræsentere 1D-kritiske systemer (beskrevet af CFT’er), har en 2D-negativt krum geometri og er blevet formodet til at beskrive visse aspekter af AdS/CFT-korrespondancen. Kan indsigt fra tyngdekraften og holografi være nyttig til at styrke denne forbindelse eller til at designe nye, mere kraftfulde tensornetværk til simulering af komplekse kvantesystemer, f.eks. ved at udnytte symmetriske aspekter?
Forvikling struktur & modulært flow
Vi undersøger egenskaberne ved modulære (forvikling) Hamiltonians for lavdimensionelle systemer . Vi har især fokuseret på at forstå overgangen fra lokalitet til kontinuerlig ikke-lokalitet i det modulære flow. Dette kan give ny indsigt i problemet med bulk-rekonstruktion i holografi.
Sorte hullers indre & Firewall-paradokset
AdS/CFT giver en særlig nyttig ramme for undersøgelse af Firewall-paradokset , en 40 år gammel gåde, der er kernen i vores forsøg på at forene tyngdekraft og kvanteteori. Vi anvender indsigter fra holografi og algebraisk kvantefeltteori til at kaste lys over, hvordan man kan rekonstruere det indre af det sorte hul, samt det spirende forhold mellem sammenfiltring og rumtidsgeometri .
Dynamik uden for ligevægt
Kvantedynamik væk fra ligevægt er relevant for en lang række problemer, herunder fysikken i højt exciteret primordial kernematerie, der beskrives af den stærke kraft, som reproduceres i ultraenergiske kollisioner af atomkerner. AdS/CFT giver os mulighed for at modellere disse kollisioner og har ført til mange interessante fænomenologiske erfaringer inden for kernefysikken . Ud over holografiske metoder simulerer vi også kvantemangekropssystemer (dvs. spin-kæder) med tensornetværksalgoritmer i (1+1)D for at uddrage egenskaber ved termisk kvantefeltteori-dynamik. Vi ønsker at forstå ækvilibration i modeller af quark-gluon-plasmaer ved hjælp af idéer på grænsefladen mellem tensornetværk og højenergifysik.
Andre aktiviteter
GQFI er engageret i en række andre aktiviteter, der har til formål at fremme samarbejde, kommunikation og den generelle interesse for fysik. Vi kører en række ugentlige virtuelle seminarer—et innovativt format, der gør det muligt for os at udsende en række foredrag fra forskere fra hele verden, samtidig med at vi reducerer vores CO2-fodaftryk. Interesserede forskere fra andre grupper kan stille ind og deltage interaktivt (stille spørgsmål osv.), og foredragene bliver efterfølgende lagt ud på vores YouTube-kanal, så alle kan se dem frit og når som helst. Vi er også vært for en aktuel “GQFI-workshop” to gange om året; links til tidligere arrangementer findes i højre side af siden. Derudover er medlemmer af vores gruppe involveret i forskellige formidlingsaktiviteter, såsom lokale Science Day-arrangementer, og en forskningsblog . Hvis du vil følge med i de seneste nyheder og udviklinger, kan du tjekke vores Twitter-feed!
De fleste af vores gruppes publikationer kan findes på INSPIRE-HEP.
H. A. Camargo, M. P. Heller, R. Jefferson, J. Knaute, arXiv:1904.02713
H. A. Camargo, P. Caputa, D. Das, M. P. Heller, R. Jefferson, Phys. Rev. Lett. 122, 081601 (2019), arXiv:1807.07075.
S Singh, NA McMahon, and GK Brennen, Physical Review D 97, 026013 (2018), arXiv:1702.00392.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1905.05768.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1906.02207
R. Jefferson, arXiv:1901.01149.
R. Jefferson, SciPost Phys. 6, 042 (2019), arXiv:1811.08900.
W. Florkowski, M. P. Heller, M. Spalinski, Rep. Prog. Phys. 81, 4 (2017), arXiv:1707.02282.