Syftet med den oberoende forskargruppen ”Gravitation, kvantfält och information” (GQFI), som leds av dr. Michal P. Heller, är att utforska det fascinerande samspelet mellan allmän relativitetsteori, kvantfältsteori och kvantinformationsteori som upptäckts på senare år, med hjälp av insikter från holografi (AdS/CFT), fysik med många kroppar, svarta hål med mera.
Några av de motiverande frågorna för GQFI är:
- Kan vi förstå rumtidens dynamiska geometri, och därmed gravitationen i sig själv, som ett framväxande kvant-och-många-kroppar-fenomen, i andan av ”It from Qubit”? Och vilken roll spelar kvantinformationsbegrepp som t.ex. förveckling och komplexitet i detta sammanhang?
- Kvantsystem med många beståndsdelar är kända för att vara mycket komplexa och kräver kraftfulla datorer för att simuleras. Kan vi använda nya idéer från sensornätverk för att hitta effektiva sätt att modellera dessa system på en dator?
- Svarta hål är de enda kända objekten i naturen där både kvantteorin och den allmänna relativitetsteorin är relevanta samtidigt, och tjänar därför som ett verkligt ”teorilaboratorium” för kvantgravitation. Kan vi använda verktyg från holografi och algebraisk kvantfältsteori för att kasta ljus över dessa mystiska objekt och kanske avslöja deras inre?
- Hur kan nya metoder och kopplingar hjälpa oss att modellera ekvilibreringsprocesser som de som sker i ultra-energiska kollisioner av atomkärnor vid RHIC- och LHC-acceleratorerna?
Här är några av de specifika forskningsprojekt som för närvarande drivs av GQFI:
Komplexitet i kvantfältteori
I samband med holografi har det kvantinformationsteoretiska begreppet ”komplexitet” antagits kunna koda vissa gravitationsmängder (särskilt de som rör rymdtiden inuti svarta hål). Medlemmar av vår grupp har varit pionjärer i arbetet med att precisera denna idé i kvantfältsteorier, och vi fortsätter att studera denna nya kvantitet i en mängd olika modeller.
Tensornätverk
Tensornätverk är ytterst användbara verktyg för att representera vissa kvanttillstånd, och har intressanta geometriska egenskaper som har lett till fruktbara analogier med holografi. Särskilt MERA-tensornätverket, som är naturligt lämpat för att representera 1D-kritiska system (som beskrivs av CFT), har en negativt krökt 2D-geometri och har förmodats beskriva vissa aspekter av AdS/CFT-korrespondensen. Kan insikter från gravitation och holografi vara användbara för att stärka detta samband, eller för att utforma nya, kraftfullare tensor-nätverk för simulering av komplexa kvantsystem, t.ex. genom att dra nytta av symmetriska aspekter?
Förvecklingsstruktur & Modulärt flöde
Vi undersöker egenskaperna hos modulära (förvecklings-) Hamiltonianer för lågdimensionella system . Vi har särskilt fokuserat på att förstå övergången från lokalitet till kontinuerlig icke-lokalitet i det modulära flödet. Detta kan ge nya insikter i problemet med bulkrekonstruktion i holografi.
Svarta håls inre & Firewallparadoxen
AdS/CFT ger ett särskilt användbart ramverk för att undersöka firewallparadoxen , en 40 år gammal gåta som står i centrum för våra försök att förena gravitation och kvantteori. Vi tillämpar insikter från holografi och algebraisk kvantfältsteori för att belysa hur man kan rekonstruera det svarta hålets inre, liksom det begynnande förhållandet mellan förvirring och rymdtidsgeometri .
Dynamik utanför jämvikt
Kvantdynamik utanför jämvikt är relevant för ett stort antal problem, bland annat fysiken hos högt exciterad primitiv kärnämne som beskrivs av den starka kraften, som återges i ultra-energiska kollisioner av atomkärnor. AdS/CFT gör det möjligt för oss att modellera dessa kollisioner och har lett till många intressanta fenomenologiska lärdomar inom kärnfysiken . Utöver holografiska metoder simulerar vi också kvantmångkroppssystem (dvs. spinkedjor) med algoritmer för tensornätverk i (1+1)D för att få fram egenskaper hos den termiska dynamiken i kvantfältsteorin. Vi vill förstå ekvilibrering i modeller av kvark-gluonplasma, med hjälp av idéer i gränssnittet mellan tensor-nätverk och högenergifysik.
Andra aktiviteter
GQFI deltar i ett antal andra aktiviteter som syftar till att främja samarbete, kommunikation och allmänt intresse för fysik. Vi driver en serie virtuella seminarier varje vecka – ett innovativt format som gör det möjligt för oss att sända en rad olika föredrag från forskare runt om i världen samtidigt som vi minskar vårt koldioxidavtryck. Intresserade forskare från andra grupper kan koppla upp sig och delta interaktivt (ställa frågor osv.), och föreläsningarna läggs sedan upp på vår YouTube-kanal så att alla kan se dem fritt, när som helst. Vi är också värd för en aktuell ”GQFI-workshop” två gånger om året. Länkar till tidigare evenemang finns till höger på sidan. Dessutom är medlemmarna i vår grupp engagerade i olika utåtriktade aktiviteter, t.ex. lokala Science Day-evenemang, och en forskningsblogg . Om du vill hålla dig uppdaterad om de senaste nyheterna och utvecklingen kan du kolla in vårt Twitter-flöde!
De flesta av vår grupps publikationer finns 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 och 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.