Teilcheninteraktionen in Neutronensternen verstehen

Neutronensterne zählen zu den dichtesten Objekten des Universums. Die Vorgänge in ihrem Inneren geben der Teilchenphysik Rätsel auf. Beobachtungen und Theorie passen nicht zueinander. Schuld daran könnte ein mangelndes Verständnis der sogenannten Hyperonen sein – Teilchen, die einen besonderen Bestandteil, das Strange-Quark, besitzen. Sie sind instabil und daher schwer zu untersuchen. Prof. Dr. John Bulava will ihnen mithilfe von Computersimulationen im Rahmen des Projekts „Strange Nuclear Matter from First-Principles Hadron Scattering Amplitudes“, kurz StrangeScatt, auf die Schliche kommen.

Mit teilchenphysikalischen Modellen lässt sich vorhersagen, wie schwer Neutronensterne werden können und welchen Radius sie besitzen. Die Modelle prognostizieren, dass sehr schwere Neutronensterne nicht vorkommen können. Allerdings wurden schon Neutronensterne gefunden, die zweimal schwerer als unsere Sonne sind – diese Beobachtungen passen nicht zu den Modellen.

Hyperonen-Interaktionen simulieren

Der Grund für die Unstimmigkeiten dürften die Hyperonen sein. Also jene Teilchen mit Strange-Quark, die im Inneren von Neutronensternen entstehen. Ihre Interaktionen sind bislang nicht gut verstanden. Bessere Modelle der Hyperonen-Interaktionen sollten helfen, Masse und Radius der Neutronensterne genauer vorhersagen zu können. Genau hier setzt die Arbeit von John Bulava an.

Da Hyperonen sehr schnell zerfallen, können sie experimentell schwer untersucht werden. In Computersimulationen besteht diese Hürde nicht. Bulava beschreibt die Teilchen mit sogenannten First-principles-Simulationen. Dabei stellt er im Modell die fundamentalen Kräfte nach, die zwischen Teilchen wirken.

Das Projekt startet 2024. Es wird mit knapp 2 Millionen Euro für fünf Jahre gefördert.