Technische Universität Wien
Institut für Theoretische Physik

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Tätigkeitsbericht
Studienjahr 2001/02
1. Oktober 2001 - 30. September 2002

Februar 2003 Herausgeber: Rainer Dirl

Vorwort zum Tätigkeitsbericht 2001/2002

Wie bereits in der Vorschau des Tätigkeitsberichts des vorangegangenen Studienjahres erwartet wurde, konnte der hohe Standard der Forschungsaktivitäten gehalten werden. Die Zahl von Publikationen in internationalen Fachzeitschriften (61) kann sich sehen lassen, aber auch die zahlreichen Vorträge (92) an auswärtigen Universitäten und besonders auch bei großen Fachtagungen, unter denen es sich bei einem wesentlichen Prozentsatz um eingeladene Hauptvorträge handelte. Wiederum belegte eine erfreulich hohe Zahl von Diplom- und Dissertationsabschlüssen (5, bzw. 10) die wichtige Rolle, die diese Mitarbeiter im Forschungsbetrieb spielen. Die Finanzierung der zusätzlichen 34 Mitarbeiter wurde durch die Einwerbung von neuen Projektmitteln in der Höhe von rund 1,1 Millionen EUR ermöglicht.

Unter den zahlreichen hochrangigen wissenschaftlichen Gästen dieses Jahres möchte ich ausnahmsweise Prof. P. van Nieuwenhuizen (Stony Brook, NY) hervorheben. Der Träger der prestigeträchtigen Dirac-Medaille verbrachte auf eigenen Wunsch einen Teil seines Sabbaticals am Institut, um bereits früher begonnene gemeinsame Forschungsarbeiten weiter zu verfolgen, bzw. neue Projekte zu starten. Für die großzügige Förderung dieses Aufenthalts als Gastprofessor ist besonders Dekan H. Stachelberger zu danken.

Bis zum vorigen Jahr konnte man sich bei den Klagen um den immer mehr um sich greifenden Statistikaktionismus auf außeruniversitäre Auflagen (z.B. Österreichisches Universitätskuratorium) konzentrieren. Leider wurden aber auch zuletzt die inneruniversitären Anforderungen immer umfangreicher und detaillierter. Bei den dabei sich abzeichnenden Kompatibilitätsproblemen scheinen auch ``kulturelle'' Unterschiede zwischen den Ingenieurfakultäten und der Fakultät für Technische Naturwissenschaften und Informatik in der Behandlung und Bewertung von Publikationen, Tagungsteilnahmen etc. eine gewisse Rolle gespielt zu haben. Im Falle des Instituts für Theoretische Physik, das bereits seit vielen Jahren eine eigene Datenbank für Publikationen, Vorträge, Diplomarbeiten und Dissertationen besitzt, wofür gerade im Laufe 2002 eine neue Version entwickelt wurde, ergaben sich zusätzliche weitere Schwierigkeiten als bei Instituten, die bis zur Schaffung der neuen TU-Publikationsdatenbank 2002 noch keine eigene Datenbank besessen hatten.

Abschließend verbleibt mir noch die angenehme Aufgabe, wie jedes Jahr den Mitarbeitern zu danken, ob sie nun als Wissenschaftler in Forschung und Lehre tätig waren oder ob sie durch ihre kompetente Verwaltungstätigkeit indirekt aber sehr wesentlich (siehe Statistikaufgaben) zu den Arbeitszielen des Instituts beitrugen. Dieser Dank gebührt auch dem geduldigen Herausgeber dieses Tätigkeitsberichts.


Wien, Februar 2003 Wolfgang Kummer

(Institutsvorstand)

Kurzstatistik Studienjahr 2001/2002






· Personalstellen:
Hochschullehrer: 14,5
MitarbeiterInnen (Drittmittel): 34,0
· Budget:
O. Dotation: EURO 83.300,-
Ao. Dotation: EURO 33.400,-
Berufung Burgdörfer: EURO 36.350,-
Projektmittel (Zusagen 2001/2002): EURO 1.159.550,-
· Forschung:
Publikationen in intern. wissenschaftlichen Zeitschriften: 61
Wissenschaftliche Vorträge: 96
(hiervon 24 eingeladene Vorträge bei Fachtagungen)
Ausländische Universitäten (Zusammenarbeiten
als Projektmitarbeiter und Koautoren) 41
· Lehre:
Pflichtvorlesungen: 36
Wahlpflichtlehrveranstaltungen: 392
Sonstige Lehrveranstaltungen: 31
Gesamtzahl: 459 Semesterwochenstunden
· Absolventen:
Diplomabschlüsse: 2001/2002: 5
Doktoratsabschlüsse: 2001/2002: 10

Contents

1  Personal
    1.1  Planposten
    1.2  Wissenschaftliche Mitarbeiter
    1.3  Gäste am Institut
    1.4  Nichtwissenschaftliches Personal
    1.5  Zugeteilt dem Institut
2  Budget
    2.1  Budgetmittel des Bundes (Kalenderjahr 2001)
    2.2  Neue Projekte
3  Projekte
    3.1  Laufende Projekte
    3.2  Abgeschlossene Projekte
4  Forschungstätigkeit
    4.1  Fundamentale Wechselwirkungen
        4.1.1  Quantenfeldtheorie
        4.1.2  Gravitation
        4.1.3  Strings, D-Branes und zweidimensionale Feldtheorien
        4.1.4  Elementarteilchenphysik und Kosmologie
        4.1.5  Publikationen aus Fundamentalen Wechselwirkungen
        4.1.6  Vorträge aus Fundamentalen Wechselwirkungen
    4.2  Nichtlineare Dynamik und Physik komplexer Systeme
        4.2.1  Reguläre und chaotische Bewegung in atomaren Systemen
        4.2.2  Reguläre und chaotische Dynamik in Quantenpunkten und ``Designer''-Atomen
        4.2.3  Quantenoptik
        4.2.4  Quantenlogik und verwandte Problemstellungen
        4.2.5  Publikationen aus Nichtlinearer Dynamik und Physik komplexer Systeme
        4.2.6  Vorträge aus Nichtlinearer Dynamik und Physik komplexer Systeme
    4.3  Theorie kondensierter Materie
        4.3.1  Mathematische Grundlagen und Gruppentheorie
        4.3.2  Physik des flüssigen Zustandes
        4.3.3  Phasenübergänge in der 'soft condensed matter' Physik
        4.3.4  Ion - Oberflächen Wechselwirkung
        4.3.5  Ion-Festkörper-Wechselwirkung
        4.3.6  Publikationen aus Kondensierter Materie
        4.3.7  Vorträge aus Kondensierter Materie
5  Forschungsaufenthalte
6  Gastvorträge am Institut
7  Lehrveranstaltungen 2001/2002
    7.1  Pflichtlehrveranstaltungen
    7.2  Wählbare Privatissima
    7.3  Gebundene Wahllehrveranstaltungen
    7.4  Freie Wahlfächer
8  Absolventen
    8.1  Rigorosen
    8.2  Diplomprüfungen
9  Verwaltungstätigkeit
    9.1  Mitarbeit in wissenschaftlichen Organisationen
    9.2  Mitarbeit in der Universitätsverwaltung
    9.3  Verwaltungstätigkeit am Institut
10  Personalia

Chapter 1
Personal

1.1  Planposten

1.2  Wissenschaftliche Mitarbeiter

1.3  Gäste am Institut

1.4  Nichtwissenschaftliches Personal

                                                                                                                                           
MÖSSMER Elfriede Verwaltung
UNDEN Roswitha Sekretariat



1.5  Zugeteilt dem Institut

                                                                                                                                           
HITTMAIR Otto Dr. Dr.hc. O.Univ.Prof. f
FLAMM Dieter Dr. Ao.Univ.Prof. Lektor a
LOCKER Alfred Dr. Ao.Univ.Prof. i.R.
MAJEROTTO Walter Dr. Univ.Doz. Lektor #, c
MARKYTAN Manfred Dr. Univ.Doz. Lektor c
SCHALLER Peter Dr. Univ.Doz. Lektor
SEKE Josip Dr. Univ.Doz. Lektor #
SIGMAR Dieter Dr. Univ.Doz. Lektor #, d
SKARKE Harald Dr. Univ.Doz. Lektor e



f Emeritus
# tit.a.o.Univ.Prof
a Institut für Theoretische Physik, Universität Wien
b Institut für Materialphysik, Universität Wien
c Institut für Hochenergiephysik der Österr. Akad. d. Wissenschaften
d Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, Massachusetts (USA)
e University of Oxford, Oxford (UK)

Chapter 2
Budget

2.1  Budgetmittel des Bundes (Kalenderjahr 2001)




Ordentliche Dotation: 83.300,-
Außerordentliche Dotation: 33.400,-
Außerordentliche Dotation: (Burgdörfer) 36.350,-
Gesamt: 153.050,-

2.2  Neue Projekte

  1. Manfred Schweda
    Mitarbeiter: V. Putz, M. Pitschmann, H. Bozkaya
    Supersymmetrie in kommutativen und nichtkommutativen QFT
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15015
    Gesamtsumme: EUR 121.380,-    Zusage: 15.10.2001

  2. Maximilian Kreuzer Mitarbeiter: M. Herbst
    Quantenstruktur von Raum und Zeit
    Jubiläumsfonds der Stadt Wien (JSW) Projekt-Nr.: H-85/2001
    Gesamtsumme: EUR 6.831,-    Zusage: 30.10.2001 ,    Projektabschluss: 31.3.2002

  3. Anton Rebhan
    Mitarbeiter: R. Wimmer
    Quantisierung supersymmetrischer Solitonen
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15449
    Gesamtsumme: EUR 59.661,-    Zusage: 30.11.2001

  4. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: K. Tökési
    Interaction of highly charged ions with solid surfaces
    Österreichischer Akademischer Austauschdienst (OEAD) Projekt-Nr.: A-19/2001
    Gesamtsumme: EUR 4.644,-    Zusage: 4.12.2001

  5. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: A. Orban
    Electron emission in ion-surfaces interaction
    Österreichischer Akademischer Austauschdienst (OEAD) Projekt-Nr.: 3255-9/2001
    Gesamtsumme: EUR 1.853,-    Zusage: 13.2.2002

  6. Manfred Schweda
    Mitarbeiter: P. Fischer, L. Popp
    Nichtkommutative Eichfeldtheorien
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15463
    Gesamtsumme: EUR 93.468,-    Zusage: 11.3.2002

  7. Maximilian Kreuzer
    Nichtkommutative Strukturen in der offenen Stringtheorie
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15553
    Gesamtsumme: EUR 144.171,-    Zusage: 11.3.2002

  8. Peter Zeiner
    Symmetries of quasiperiodic structures
    Österreichische Akademie der Wissenschaften (OAW) Projekt-Nr.: APART 10832
    Gesamtsumme: EUR 45.100,-    Zusage: 11.3.2002

  9. Maximilian Kreuzer
    D-Branes auf Calabi-Yau Mannigfaltigkeiten
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15584
    Gesamtsumme: EUR 126.070,-    Zusage: 11.3.2002

  10. Rainer Dirl, Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: E. Schöll-Paschinger, R. Hammerling
    Computational Materials Science (3. Periode)
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: WK W004
    Gesamtsumme: EUR 245.921,-    Zusage: 19.3.2002

  11. Otto Hittmair
    Mitarbeiter: J. Seke
    Nachweis der Inkonsistenz der konventionellen Renormierungstheorie und Ausarbeitung sowie Anwendung eines neuen konsistenten Renormierungskonzepts in der Quantenelektrodynamik
    Österreichische Akademie der Wissenschaften (OAW) Projekt-Nr.: EST-254/2002
    Gesamtsumme: EUR 104.640,-    Zusage: 10.5.2002

  12. Wolfgang Kummer
    Quantengravitation
    Österreichischer Akademischer Austauschdienst (OEAD) Projekt-Nr.: 622-1/2002
    Gesamtsumme: EUR 6.689,-    Zusage: 14.5.2002

  13. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: E. Schöll-Paschinger, A. Reiner
    Phasenverhalten und Kritikalität in einfachen Flüssigkeiten
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15758
    Gesamtsumme: EUR 138.802,-    Zusage: 21.5.2002

  14. Anton Rebhan
    Mitarbeiter: M. Strickland
    Phenomenological and theoretical applications of finite temperature resummation techniques
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: M689
    Gesamtsumme: EUR 60.320,-    Zusage: 3.7.2002

    Gesamtsumme:                                    1.159.550,-

Chapter 3
Projekte

3.1  Laufende Projekte

  1. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: E. Persson, M. Hörndl, J. Pitteloud, M. Seliger
    Quantenmechanische Transporttheorie
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P13785-TPH
    Gesamtsumme: ATS 2.583.440,-    Zusage: 7.7.1999

  2. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: N. Rohringer, S. Rotter, C. Eltschka, D. Arbo, E. Persson
    Advanced light sources - Interaction of ultrashort pulses with matter-theory
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: F 1610
    Gesamtsumme: ATS 2.496.000,-    Zusage: 6.12.1999

  3. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: S. Leroch, D. Gottwald
    Structure, Thermodynamics, and Phase Transitions in Polydisperse Liquid Mixtures
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P14371-TPH
    Gesamtsumme: ATS 1.218.553,-    Zusage: 12.5.2000

  4. Maximilian Kreuzer
    Mitarbeiter: A. Kling, A. Bichl, M. Ertl, E. Riegler, E. Scheidegger
    D-branes, Gepner-Punkte und String-Geometrie
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P14639-TPH
    Gesamtsumme: ATS 1.592.310,-    Zusage: 9.10.2000

  5. Anton Rebhan
    Mitarbeiter: P. Romatschke, A. Ipp, R. Wimmer
    Ultraheiße Quantenfeldtheorien
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P14632-TPH
    Gesamtsumme: ATS 1.188.311,-    Zusage: 17.10.2000

  6. Wolfgang Kummer
    Mitarbeiter: D. Grumiller
    Verallgemeinerte Einsteintheorien
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P14650-TPH
    Gesamtsumme: ATS 1.118.552,-    Zusage: 17.10.2000

  7. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: E. Schöll-Paschinger
    Structure and thermodynamics of binary liquids in porous media (Zusatz)
    Österreichischer Akademischer Austauschdienst (OEAD) Projekt-Nr.: IV.6
    Gesamtsumme: ATS 47.500,-    Zusage: 3.11.2000 , Projektabschluss: 31.12.2002

  8. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: Y. Kalyuzhnyi
    Struktur, Thermodynamik und Phasenverhalten polydisperser flüssiger Mischungen
    Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur (BM:BWK)
    Projekt-Nr.: GZ45.492/1-VIII/B/8a/2000
    Gesamtsumme: ATS 370.000,-    Zusage: 14.11.2000

  9. Shuhei Yoshida
    Mitarbeiter: M. Hörndl
    Enhanced recombination in low temperature magnetized plasmas
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P15025
    Gesamtsumme: ATS 2.135.160,-    Zusage: 22.5.2001

  10. Gerhard Kahl, Rainer Dirl
    Atomic-scale computational materials science
    European Commission (EC) Projekt-Nr.: IHP-MCHT-01-1
    Gesamtsumme: EUR 66.000,-    Zusage: 6.8.2001

  11. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: C. Dimitriou, L. Wirtz
    Ion TMP facilities for highly charged heavy ions
    European Commission (EC) Projekt-Nr.: HPRI-CT-2001-50036
    Gesamtsumme: ATS 2.430.303,-    Zusage: 6.9.2001

3.2  Abgeschlossene Projekte

  1. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: K. Tökési
    Highly-charged ion - surface interactions
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P12470-TH
    Gesamtsumme: ATS 1.498.000,-    Zusage: 29.9.1997 , Projektabschluss: 31.12.2001

  2. Wolfgang Kummer
    Mitarbeiter: H. Schütz
    Einsteingravitation
    Jubiläumsfonds der Oesterreichischen Nationalbank (OENB) Projekt-Nr.: 7304
    Gesamtsumme: ATS 300.000,-    Zusage: 26.6.1998 , Projektabschluss: 1.7.2002

  3. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: A. Lang, A. Reiner
    Phasenübergänge in einfachen Flüssigkeiten
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P13062-TPH
    Gesamtsumme: ATS 1.412.000,-    Zusage: 7.7.1998 , Projektabschluss: 31.3.2002

  4. Manfred Schweda
    Mitarbeiter: E. Lopez-Manzanares, H. Zerrouki, V. Putz, A. Gerhold
    Branes, duality and supersymmetric gauge theories
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P13126-TPH
    Gesamtsumme: ATS 984.000,-    Zusage: 21.10.1998 , Projektabschluss: 31.12.2001

  5. Manfred Schweda
    Mitarbeiter: K. Landsteiner, T. Pisar, A. Kling, J. Grimstrup, Z. Morsli, L. Popp
    Twisted supersymmetry in topological field models of Schwarz
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P13125-TPH
    Gesamtsumme: ATS 984.000,-    Zusage: 22.10.1998 , Projektabschluss: 31.12.2001

  6. Wolfgang Kummer
    Mitarbeiter: A. Schwarz
    Toponiumschwelle
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P13502-TPH
    Gesamtsumme: ATS 857.269,-    Zusage: 18.3.1999 , Projektabschluss: 1.4.2002

  7. Manfred Schweda
    Mitarbeiter: J. Grimstrup
    Generalized topological field model
    Dänische Forschungsakademie (DFA) Projekt-Nr.: 154-030.0002/BC
    Gesamtsumme: ATS 864.000,-    Zusage: 9.4.1999 , Projektabschluss: 30.9.2002

  8. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: L. Wirtz, K. Tökesi
    Highly-charged ion - surface interactions (3. Jahr)
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P12470-TPH
    Gesamtsumme: ATS 840.000,-    Zusage: 20.4.1999 , Projektabschluss: 31.12.2001

  9. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: A. Reiner
    Phasenübergänge in einfachen Flüssigkeiten (Zusatz)
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: P13062-TPH
    Gesamtsumme: ATS 328.000,-    Zusage: 28.4.1999 , Projektabschluss: 31.3.2002

  10. Joachim Burgdörfer
    Mitarbeiter: K. Tökési
    Interaction of highly charged ions with solids
    Aktion Österreich-Ungarn (AÖU) Projekt-Nr.: 45ÖU6
    Gesamtsumme: ATS 116.078,-    Zusage: 5.1.2001 , Projektabschluss: 1.3.2002

  11. Rainer Dirl, Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: E. Schöll-Paschinger, R. Hammerling
    Computational materials science (2. Verlängerung)
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: WK W004
    Gesamtsumme: ATS 1.317.333,-    Zusage: 1.4.2001 , Projektabschluss: 31.3.2002

  12. Gerhard Kahl
    Mitarbeiter: C. Tutschka
    Dichtefunktionale klassischer Systeme
    Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Projekt-Nr.: J2076
    Gesamtsumme: EUR 27.002,-    Zusage: 25.6.2001 , Projektabschluss: 30.9.2002

  13. Maximilian Kreuzer
    Mitarbeiter: M. Herbst
    Quantenstruktur von Raum und Zeit
    Jubiläumsfonds der Stadt Wien (JSW) Projekt-Nr.: H-85/2001
    Gesamtsumme: EUR 6.831,-    Zusage: 30.10.2001 , Projektabschluss: 31.3.2002

Chapter 4
Forschungstätigkeit

4.1  Fundamentale Wechselwirkungen

Im Mikrokosmos unterhalb der Größe eines Kernbausteins (Proton, Neutron) und bei Stoßenergien ab etwa 1 Milliarde Elektronvolt, wie sie von Großbeschleunigern geliefert werden, werden für die Elementarteilchen die Gesetze der Quantenfeldtheorie wirksam. Die Wechselwirkungen der fundamentalen Materiequanten (Quarks, Leptonen) werden durch Eichbosonen vermittelt: Die Photonen übernehmen diese Rolle für die elektromagnetischen Kräfte, die 1983 entdeckten W- und Z-Bosonen für die sogenannten schwachen Wechselwirkungen, während die Gluonen und Gravitonen für die starken Kernkräfte, bzw. für die Schwerkraft zuständig sind. Eine Vereinigung von schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkungen in der elektroschwachen Theorie ist bereits geglückt. Die Formulierung eines alle Wechselwirkungen umfassenden Fundamentalgesetzes ist jedoch noch immer nicht gelungen. Allerdings stellt die Theorie der Strings und Branes eine hiefür sehr attraktive Möglichkeit dar.

4.1.1  Quantenfeldtheorie

Die Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen erfolgt durch Eichtheorien, d.h. jene Größen, die für die mathematische Formulierung der Grundgleichungen verwendet werden, können umgeeicht werden, ohne die Vorhersagen für experimentelle Daten zu verändern. Das Grundproblem einer Quantenfeldtheorie von Eichfeldern ist die Notwendigkeit, die Freiheit der Umeichung zunächst in geeigneter Weise (durch eine Eichfixierung) zu eliminieren. Natürlich dürfen physikalisch beobachtbare Größen nicht von dieser Eichfixierung abhängen. Besitzt eine Eichtheorie noch weitere Symmetrien, die zu Erhaltungsgrößen führen (einfache Beispiele für derartige Erhaltungsgrößen sind die Energie oder die elektrische Ladung), so können diese durch Quanteneffekte gestört werden. Diese Störungen werden als Anomalien bezeichnet. Anomalien in der Eichsymmetrie selbst widersprechen einer konsistenten Feldtheorie, während andere (äußere) Anomalien erlaubt sind und zu physikalisch beobachtbaren Effekten führen können.

Energie-Impuls-Tensor in nichtkommutativen Räumen

A. Gerhold, J. M. Grimstrup 1 , H. Grosse 2 , L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar2
Im Rahmen einer nichtkommutativen skalaren F4-Theorie in einer vierdimensionalen Raum-Zeit wurde die Noether-Prozedur zur Konstruktion des Energie-Impuls-Tensors am Operatorniveau diskutiert. Über eine Moyal-Deformierung kann das entsprechende feldtheoretische Pendant gefunden werden, um so die Translationsinvarianz der Theorie zu beweisen. Für spezielle Werte des Deformationsparameters (q0i = 0) der Raum-Zeit ist es möglich, einen erhaltenen Viererimpuls zu konstruieren.

In einem weiteren Schritt wurden die Konsequenzen der nichtkommutativen Geometrie auf die Dilatationssymmetrie untersucht und ein bemerkenswertes Resultat gewonnen: Der Deformationsparameter q indiziert eine Brechung der Ward-Identität für die Dilatation. Dieses Ergebnis ist wesentlich für das Verständnis der konformen Symmetrie im Rahmen der Seiberg-Witten Abbildung.
Paper: 7
Projekt: FWF 13125-TPH, 13126-TPH

Perturbative Analyse der Seiberg-Witten Abbildung

A. A. Bichl, J. M. Grimstrup 1, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar 2
Es wurde die Quantisierung einer q-deformierten, nichtkommutativen, reinen Yang-Mills Theorie, die über eine Seiberg-Witten Abbildung definiert ist, am Einschleifenniveau untersucht. Zunächst ist die klassische Theorie nur durch eine abelsche Eichsymmetrie gekennzeichnet. Neben dieser Option besteht noch die Möglichkeit, eine BRS-Quantisierung durchzuführen, wo Eichfeld und Geister in nichttrivialer Weise vereint werden. Im Rahmen dieser zweiten Möglichkeit werden störungstheoretische Korrekturen der Photon-Selbstenergie in der Einschleifennäherung berechnet. Dabei zeigt sich, daß diese Korrekturen eichunabhängig sind und die übliche Ward-Identität der Eichsymmetrie erfüllen. Diese Beiträge zur Selbstenergie zeigen eine quadratische Abhängigkeit vom Deformationsparameter q und sind Polynome der Ordnung sechs in den äußeren Impulsen p. Es ist nur durch das Hinzufügen eichinvarianter höherer Ableitungsterme zur Lagrangedichte möglich, diese im ``traditionellen'' Sinne nichtrenormierbaren Terme zu kompensieren.
Paper: 2
Projekt: FWF 13125-TPH, 13126-TPH

Deformierte QED mittels der Seiberg-Witten Abbildung

A. A. Bichl, J. M. Grimstrup 1, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar 2
In einer U(1)-deformierten QED wurde erstmals - neben der bekannten Seiberg-Witten Abbildung für das Eichfeld - auch eine Seiberg-Witten Abbildung für Fermionen hergeleitet, um die QED am klassischen Niveau zu definieren. Im Rahmen der Quantisierung gibt es zwei Möglichkeiten von Eichfixierungen, eine lineare und eine nichtlineare Eichbedingung. Der Deformationsparameter q der Raum-Zeit, der eine negative Massendimension, dim  q = -2, besitzt, erlaubt jedoch weitere eichinvariante höhere Ableitungsterme, die für die Renormierung wesentlich sind. In diesem Zusammenhang wurde die allgemeine Einschleifenkorrektur der Vakuumpolarisierung, die in expliziten Rechnungen gefunden wurde, analysiert. In einem weiteren Schritt wurde eine nichtabelsche Erweiterung für den Fall einer reinen, nichtkommutativen Eichfeldtheorie untersucht.
Projekt: FWF 13125-TPH, 13126-TPH

Feldredefinitionen, Shift-Symmetrie und Seiberg-Witten Abbildung

I. Frühwirth, J. M. Grimstrup 1, Z. Morsli, L. Popp, M. Schweda
Es ist bekannt, daß Feldtheorien, die über eine Feldredefinition miteinander verknüpft sind, auf äquivalente Theorien führen, wenn man diese Feldmodelle quantisiert. Weiters induziert eine solche Feldredefinition eine zusätzliche Shift-Symmetrie, die als BRS-Prozedur verstanden werden kann und durch eine entsprechende BRS-Ward-Identität charakterisiert wird. Im Rahmen einer solchen Shift-Symmetrie, die sich im Zusammenhang mit der Seiberg-Witten Abbildung definieren läßt, wird gezeigt, daß die bekannten Einschleifenkorrekturen der Selbstenergie des Eichfeldes einer linear in q entwickelten reinen U(1)-Eichfeldtheorie die BRS-Ward-Identität der Shift-Symmetrie erfüllen. Neben dieser Shift-Symmetrie wird dieses nichtkommutative U(1)-Feldmodell durch die übliche abelsche Eichsymmetrie definiert. Eine nichtabelsche Erweiterung ist nicht mit der Shift-Symmetrie vereinbar.
Projekt: FWF 13125-TPH, 13126-TPH

Nichtkommutative Lorentz-Transformation als Ursprung der Seiberg-Witten Abbildung

A. A. Bichl, J. M. Grimstrup 1, E. Kraus 3, H. Grosse 2, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar 2
Im Rahmen von nichtkommutativen, nichtabelschen Eichfeldtheorien existieren zwei Darstellungen, die primitiven und die kovarianten Realisierungen, der undeformierten rigiden Translationen, Lorentz-Rotationen und Dilatationen. In beiden Fällen ist wesentlich, daß der Bivektor q, der die entsprechende Nichtkommutativität der Raum-Zeit charakterisiert, als unquantisiertes, konstantes Feld (ohne Dynamik) dargestellt wird und ein definiertes Transformationsverhalten bezüglich der (rigiden) konformen Gruppe besitzt.

Um die Invarianz der Wirkung unter Translation, Lorentz-Rotation und Dilatation zu beweisen, benötigt man für die primitive Realisation nur die q-Abhängigkeit des Moyal-Kommutators der Feldstärke, d.h. das Eichfeld besitzt keine q-Variation. Bei der kovarianten Darstellung muß jedoch die q-Abhängigkeit des Eichfeldes gemäß der Seiberg-Witten Abbildung verwendet werden, um die Invarianz zu demonstrieren.
Paper: 1, 10
Projekt: FWF 13125-TPH, 13126-TPH

Supersymmetrische Strukturen in kommutativen und nichtkommutativen Quantenfeldtheorien (Internationales Großprojekt)

Constandinis 4 , Del Cima 5 , Franco 5, Gieres 6, Grimstrup 1, Grosse 2, Helayël-Neto 5, Piguet 4, Popp 7 , Schweda 7, Wulkenhaar 2
Das Konzept der Raum-Zeit als differenzierbare Mannigfaltigkeit kann nicht in den Bereich extrem kleiner Distanzen (Plancksche Skala) extrapoliert werden. Aus Konsistenzgründen werden die Raum-Zeit-Koordinaten nichtkommutativ und verändern somit drastisch die entsprechenden Quantenfeldtheorien.
Die Feldprodukte einer Wirkung müssen durch ``Moyal-Weyl'' deformierte *-Produkte ersetzt werden. Dies impliziert, daß die störungstheoretische Realisation der deformierten Quantenfeldtheorie völlig neue Verhaltensschemata zeigt. Es kommt zum ``Mixing'' von ultravioletten und infraroten Divergenzen, die den Prozeß der Renormierung entscheidend beeinflußen.
In einem ersten Schritt ist die Diskussion von topologischen Quantenfeldtheorien im Rahmen nichtkommutativer Geometrien vorgesehen. Insbesondere sollen höher dimensionale topologische Feldmodelle in ihrer quantisierten Form auf kommutative und nichtkommutative Geometrien untersucht werden. Die Rolle der linearen Vektorsupersymmetrie, die manchmal auf eine störungstheoretische Endlichkeit führt, soll ebenfalls am Quantenniveau studiert werden.
In einem zweiten Abschnitt sollen systematisch alle supersymmetrischen Feldmodelle (im Superfeldformalismus) im Rahmen von nichtkommutativen Raum-Zeit-Koordinaten am Quantenniveau untersucht werden, um die Frage des ``IR-UV-Mixings'' zu klären.
Eine dritte Fragestellung befaßt sich mit der möglichen Existenz eines sogenannten Quanten-Wirkungs-Prinzips (QWP). In herkömmlichen Feldtheorien ist das QWP ein sehr nützliches Instrumentarium der algebraischen Renormierung, da man damit mögliche ``Anomalien'' aufspüren und so vorhersagen kann, ob die klassischen Symmetrieinhalte am Quantenniveau überleben. Eine ähnliche Fragestellung ergibt sich auch im Rahmen nichtkommutativer Raum-Zeit-Strukturen. Dies soll an Hand eines F4-Modells studiert werden.
Paper: 8

Nichtkommutative Raum-Zeit, Kausalität

N. Bozkaya 7, P. Fischer 7, H. Grosse 2, M. Pietschmann, V.  Putz, M. Schweda, R. Wulkenhaar 2
Nichtkommutative Quantenfeldtheorien werden dadurch definiert, daß man nichttriviale Feldprodukte durch Moyal-Produkte, die durch einen Deformierungsparameter qmn gekennzeichnet sind, ersetzt. Im Rahmen von q0i ¹ 0 wurde erstmals das sogenannte UV/IR-Mischungsproblem diskutiert. Dabei zeigt sich, daß im Wechselwirkungsbereich das Kausalitätsprinzip verletzt wird. Trotzdem kann das Resultat in konsistenter Weise mit Hilfe der Gell-Mann-Low Formel verstanden werden und es zeigt sich, daß auch bei allgemeiner Nichtkommutativität von Raum-Zeit das UV/IR-Problem relevant ist.
Projekt: FWF P15015-TPH, P15463

Effektive Wirkungen von nicht-abelschen supersymmetrischen Eichtheorien

Bergamin, Minkowski8
Effektive Theorien von nicht-abelschen supersymmetrischen Feldtheorien sind intensiv studiert worden und spielen in der modernen String- und Feldtheorie eine wichtige Rolle. Viele Aussagen können über die holomorphen Teile solcher Wirkungen gemacht werden (Superpotential). Für die nicht-holomorphen Teile des Potentiales wird eine einfache quadratische Form angenommen, welche in vielen Fällen zu einem supersymmetrischen Spektrum führt. Wir haben gezeigt, daß diese einfache Form für effektive Wirkungen sowohl mathematisch wie auch physikalisch ungenügend ist. Anschließend haben wir ein neues Modell einer effektiven Theorie entwickelt, welches eine allgemeinere Form des nicht-holomorphen Teils der Wirkung hat. Diese Änderungen haben weitreichende Konsequenzen für das Spektrum der Theorie.
Vortrag: B1

4.1.2  Gravitation

Schwerkraft (Gravitation) wird durch die allgemeine Relativitätstheorie, alle anderen Kräfte werden durch Quantenfeldtheorien beschrieben. Die Formulierung einer einheitlichen Theorie aller fundamentalen Kräfte erfordert ein besseres Verständnis der Gravitationstheorie: Das Auftreten singulärer Lösungen sowie die Schwierigkeiten bei der Formulierung einer Quantentheorie der Gravitation haben es bisher unmöglich gemacht, die Gravitation widerspruchsfrei in den Formalismus der Quantenfeldtheorie einzubauen.

Die Betrachtung zweidimensionaler verallgemeinerter Gravitationstheorien erlaubt es (konzeptionelle) Probleme der Quantengravitation wie etwa das Problem der Zeit und das Verhalten schwarzer Löcher anhand mathematisch einfacher Modelle zu diskutieren. Auch sphärisch symmetrische vierdimensionale Allgemeine Relativitätstheorie fällt in diesen Rahmen. Systeme mit dynamischer Torsion, Dilatongravitation, Rn-Gravitation lassen sich in 1+1 Dimensionen allgemein als Spezialfälle von ``Poisson-Sigma-Modellen'' (PSM) auffassen, d.h. in einer sogenannten ``first order''-Formulierung beschreiben.

Gravitation in zwei Dimensionen

Fischer, Grumiller, Kummer, Strobl9, Vassilevich10
Die Betrachtung zweidimensionaler verallgemeinerter Gravitationstheorien erlaubt es (konzeptionelle) Probleme der Quantengravitation wie etwa das Problem der Zeit und das Verhalten schwarzer Löcher anhand mathematisch einfacher Modelle zu diskutieren. Auch sphärisch symmetrische vierdimensionale Allgemeine Relativitätstheorie fällt in diesen Rahmen. Systeme mit dynamischer Torsion, Dilatongravitation, Rn-Gravitation lassen sich in 1+1 Dimensionen allgemein als Spezialfälle von ,,Poisson-Sigma-Modellen'' (PSM) auffassen, d.h. in einer sogenannten ,,first order''-Formulierung beschreiben. Damit gelang die Quantisierung der Gravitation in 1+1 Dimensionen für jene allgemeine Modellklasse, die auch das Schwarze Loch enthält. Während die geometrischen Variablen exakt ausintegriert wurden, können die Quanteneffekte der Materiefelder in einer systematischen Störungsentwicklung angegeben werden.
Als Effekt niedrigster Ordnung wurde die Untersuchung von zwei skalaren einlaufenden Kugelwellen möglich, die sich in zwei auslaufende verwandeln. In dem betreffenden Matrixelement wurde der Effekt eines ,,virtuellen schwarzen Loches'' als Zwischenzustand gezeigt. Damit wurden frühere Rechnungen von minimal gekoppelten Skalaren auf eine ,,realistische'' Situation erweitert. Die Nichtlinearität der Gravitation zeigt sich hier in der Verletzung der Impulserhaltung sowie in der Tatsache, daß auch eine einlaufende Kugelwelle zu drei auslaufenden Wellen werden kann.
Im Berichtsjahr wurde auf Einladung von Physics Reports ein umfangreicher Übersichtsartikel über dieses Fachgebiet verfasst.
Die zuvor mathematisch beschriebenen virtuellen Schwarzen Löcher konnten geometrisch interpretiert werden. Das entsprechende Carter-Penrose Diagramm weist Ähnlichkeiten mit einer Schockwellen-Geometrie auf, allerdings evaporiert der ``Schock'' bevor er lichtartige Unendlichkeit erreicht. Die Unterschiede und Ähnlichkeiten zu Hawkings Euklidischen virtuellen Schwarzen Löchern wurden diskutiert.
Die Streuamplitude für gravitationsinduzierte Kugelwellenstreuung wurde genauer untersucht und erwies sich (trotz Nichtlokalität der effektiven Wirkung) als CPT-invariant und kinematisch pseudo-selbstähnlich.
Weiters stellte sich heraus, dass neue Ideen zu einer möglichen Verletzung der Lorentzinvarianz im Rahmen unseres Zugangs kritisch beleuchtet werden können.
Vortrag: A2, A8, B2, B5, B4, C3
Paper: 6, 11, 12, 13, 18, 19
Projekt: FWF P14650-TPH

Supergravitation in zwei Dimensionen und graduiertes Poisson-Sigma-Modell

Bergamin, Kummer
Nachdem es im Vorjahr gelungen war, eine allgemeine Klassifikation graduierter Poisson-Sigma-Modelle mit N=1 zu geben, konnten nun durch Studium der ADM-Algebra der Zwangsbedingungen auf eindeutige Weise die ``echten'' Supergravitationstheorien isoliert werden. Im Gegensatz zum generischen Fall weisen sie keine zusätzlichen Singularitäten auf. Obstruktionen ergeben sich nur aus ihrer Ableitbarkeit von einem Prepotential.

In einem weiteren Schritt sind diese ``echten'' Supergravitationstheorien mit bekannten Supergravitationsmodellen im Superraum verglichen worden. Es stellte sich heraus, dass jede gPSM Supergravitation modulo Elimination von Hilfsfeldern in ein Superraum-Modell übergeführt werden kann. Mit dieser Relation lassen sich Lösungen der Theorie, Kopplung von Punktteilchen und Erweiterung um Materiefelder besonders effizient behandeln.
Vortrag: B3
Paper: 5
Projekt: Schweizerischer Nationalfonds, FWF P-16030-N08

Energie-Impuls-Tensor von Geometrien schwarzer Löcher

Aichelburg 2, Balasin
Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie werden Geometrien schwarzer Löcher als Vakuumlösungen der Einsteinschen Feldgleichungen behandelt. Dabei entfernt man die singulären Regionen der Geometrie aus der Raumzeit. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen jedoch, daß dies bei Verwendung von distributionellen Methoden nicht nötig ist. Die singulären Regionen erweisen sich vielmehr als Träger der Energie-Impulsverteilung, welche die Raumzeitkrümmung erzeugt. Diese Interpretation ist auch in Bezug auf die Hawkingstrahlung von Bedeutung, da im Rahmen des üblichen Zugangs ein selbst bei vollständiger Evaporation des schwarzen Lochs ein scheinbar unmotivierter Riß in der Raumzeit zurückbleibt. Außerdem getattet die Kenntnis des Energie-Impuls Tensors die widerspruchsfreie Berechnung der ultrarelativistischen Limesgeometrien, die für die Beschreibung von Teilchenstreuung im Bereich der Planck-Energie von Bedeutung sind.
Unter Verwendung der verallgemeinerten Kerr-Schild Klasse konnten diese Untersuchungen auf Schockwellen in allgemeinen (stationären) Geometrien ausgeweitet werden. Im Speziellen gelang die Aufstellung einer verallgemeinerten `tHooft-Dray Gleichung, welche das, von einem Teilchen am Horizont eines allgemeinen stationären schwarzen Lochs, erzeugte Gravitationsfeld beschreibt.
Die Verwendung des Penrose'schen Spin-Koeffizienten Formalismus ermöglichte es die Form der verallgemeinerten `tHD-Gleichung für ein rotierendes schwarzes Loch, die sogenannte Kerr-Geometrie, zu ermitteln· Diese unterscheidet sich wesentlich von den bisher bekannten sphärisch-symmetrischen Geometrien, durch das Auftreten linearer Ableitungsterme, welche eine direkte Konsequenz der Rotation des Horizonts darstellen.
Vortrag: C1

Einsteingravitation in einer Formulierung erster Ordnung

Kummer, Schütz
Eine Formulierung der Einsteinschen Gravitationstheorie mit ausschließlich ersten Ableitungen der Cartan Variablen ergab vielversprechende neue Einsichten bezüglich Hamilton Formalismus und Quantisierung.
Projekt: OENB 7304

Gravitationslinsen

Seidel 11, D. Schwarz
Es wurde untersucht, ob man lichtschwache Neutronensterne als Gravitationslinsen verwenden kann, um so ihre Masse bestimmen zu können. Wir haben ein Verfahren angegeben, das geeignet ist, aufgrund bekannter Pulsarkataloge eine Vorhersage für den astrometrischen Mikrolinseneffekt zu machen. Mithilfe zukünftiger Astrometriemissionen könnte man somit Pulsarmassen bestimmen. Die genaue Bestimmung dieser Massen ist für das Verständnis von QCD bei hoher Dichte von großer Wichtigkeit.
Paper: 29

4.1.3  Strings, D-Branes und zweidimensionale Feldtheorien

Die Stringtheorie ist zur Zeit der vielversprechendste Zugang zu einer Vereinheitlichung der Gravitation mit der Quantenfeldtheorie. Die Idee ist, daß die elementaren Teilchen Schwingungsmoden von eindimensional ausgedehnten Objekten, sogenannten Strings, sind. Die Strings überstreichen in ihrer Zeitentwicklung Flächen beliebiger Topologie, genannt Weltflächen, was zum Studium zweidimensionaler Quantenfeldtheorien führt. Neben den Strings gibt es auch höher-dimensionale ausgedehnte Objekte, sogenannte D-Branes, die dadurch definiert sind, dass sich die Endpunkte offener Strings darauf bewegen. Die effektive Theorie auf dem Weltvolumen dieser D-Branes ist bei niedriger Energie eine dimensional reduzierte Super-Yang-Mills-Theorie, bei der man mit den Ergebnissen aus der QFT vergleichen kann. Alle konsistenten Superstringtheorien scheinen zusammen mit der elfdimensionalen Supergravitation Spezialfälle einer fundamentalen Theorie, genannt M-Theorie, zu sein, welche über perturbative und nicht-perturbative Dualitäten ineinander abgebildet werden können. Diese M-Theorie ist noch nicht als Theorie definiert, da bisher nur sehr wenige Eigenschaften bekannt sind, und steht daher im Brennpunkt der aktuellen Forschung.

Torische Geometrie und Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten

Kreuzer, Riegler, Skarke 12
In der torischen Geometrie, einer Verallgemeinerung projektiver Räume, werden geometrische Daten durch Polyeder kodiert. Im Rahmen von String-Modellen erfüllen Hyperflächen in diesen Räumen genau dann die Einsteinschen Bewegungsgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie, wenn die dazugehörigen Polyeder reflexiv sind (d.h. wenn sie genau einen inneren Gitterpunkt enthalten, der von allen Begrenzungsflächen den Abstand 1 hat). Die so konstruierten Räume nennt man Calabi-Yau Mannigfaltigkeiten. Ein umfangreiches Programmpaket (PALP: A Package for Analyzing Lattice Polytopes, math.CS/0204356) für die Klassifikation und Analyse dieser Räume wurde entworfen und veröffentlicht. Mit Hilfe von PALP war es möglich, umfangreiche Datenbanken von 5- und 6- dimensionalen Polyedern anzulegen und die Beispiele auf interessante mathematische und physikalische Eigenschaften (freie Quotienten, Faserungen, Hodge-Daten, etc.) zu untersuchen. Eine Arbeit über vollständige Durchschnitte und deren Zusammenhang mit gewichtet projektiven Räumen wurde bereits fertiggestellt (math.AG/0103214).

Eine wichtige Dualität in der Stringtheorie ist die Mirror-Symmetrie, bei der sich die Hodge-Zahlen h11 und h12 austauschen. Da bei einer Calabi-Yau Mannigfaltigkeit h11 immer grösser als 1 sein muß, stellt sich die Frage nach dem Mirror eines Calabi-Yau-Raums mit h12=0. Eine Möglichkeit sind höherdimensionale projektive Varietäten, sogenannte verallgemeinerte Calabi-Yau Mannigfaltigkeiten, bei denen man die Hodge-Zahlen des Mirrors im Inneren des Hodge-Diamanten dieser Varietät ablesen kann. Die Ausdehung unserer Untersuchungen auf diesen Fall ermöglicht es, für Landau-Ginzburg Orbifolds aus der CFT (wo der Mirror auch für h12=0 wohldefiniert ist) eine geometrische Interpretation zu finden und mit geometrischen Methoden nichtperturbative Information über den Modulraum zu erhalten.
Vortrag: A1, C6, C7
Paper: 17 16
Projekt: FWF P14639-TPH

D-Branes auf Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten

Scheidegger
Wenn eine Superstringtheorie auf einer der oben konstruierten Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten der Dimension drei kompaktifiziert wird, so erhält man bei niedriger Energie eine effektive N=2 Supergravitationstheorie in der vierdimensionalen Raumzeit. Eine sehr nicht-triviale, aber noch berechenbare Möglichkeit, N=1 supersymmetrische Super-Yang-Mills-Theorien, die aus phänomenologischer Sicht für das MSSM von Bedeutung sind, aus der Stringtheorie abzuleiten, ergibt sich, wenn man D-Branes hinzufügt, deren Weltvolumen sich teilweise in den Calabi-Yau-Raum erstreckt und die vierdimensionale Raumzeit vollständig abdeckt.
Nun treten sowohl die Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten als auch die D-Branes in Familien auf, und man kann untersuchen, wie sich die physikalischen Eigenschaften verhalten, wenn man beide Objekte innerhalb vorgegebener Familien variiert. Wenn der Calabi-Yau-Raum ein grosses Volumen besitzt, hat man eine geometrische Beschreibung. Wenn sie hingegen ein kleines, mit der Größenordung der Quantenfluktuationen der Gravitation vergleichbares Volumen besitzt, versagt diese Beschreibung, an deren Stelle nun die konforme Feldtheorie tritt.
Wir können für jene Klassen von solchen Mannigfaltigkeiten und D-Branes, deren Anzahl Symmetrien so gross ist, daß die zugehörige konforme Feldtheoprie exakt lösbar ist, den Vergleich durchführen, indem wir die D-Branes in der konformen Feldtheorie durch sogenannte Randzustände beschreiben. Daraus haben wir neue Einsichten in das Verhalten von D-Branes gewonnen, wie z.B. Nicht-Existenz von D-Branes mit bestimmten Ladungen oder deren marginale Stabilität.
Vortrag: A4, C9, A10, C11
Paper: 25
Projekt: FWF P14639-TPH, FWF P15584-TPH

Offene Strings und nicht-kommutative Geometrie

Herbst, Kling, Kreuzer
Betrachtet man Strings in allgemeinen Hintergrundfeldern, beispielsweise erzeugt durch Gravitonen, antisymmetrische B-Felder und Photonen, so zeigt sich, dass die Geometrie des Weltvolumens einer D-Bran nichtkommutativ und im allgemeinen nichtassoziativ wird. Für die Formulierung einer effektiven Feldtheorie ist es wichtig, die Struktur dieses nichtkommutativen Raumes genau zu verstehen. Mit Hilfe von störungstheoretischen Methoden konnten in erster Ableitungsordnung der Hintergrundfelder wichtige Eigenschaften der Geometrie gezeigt werden.
Paper: 14
Projekt: JSW H85/2001, FWF P15553

Quantisierung supersymmetrischer Solitonen

Goldhaber13 , Rebhan, van Nieuwenhuizen13, Wimmer
Supersymmetrische Solitonen (topologisch stabile Lösungen endlicher Energie von nicht-linearen Feldgleichungen) spielen eine wichtige Rolle in dem in den letzten Jahren erzielten Fortschritt im Verständnis nicht-störungstheoretischer Effekte in supersymmetrischen Feld- und Stringtheorien. Ihre Bedeutung hängt damit zusammen, daß sie zum Auftreten sogenannter zentraler Ladungen in der Supersymmetriealgebra führen, und das Witten-Olive-Theorem daraus exakte Aussagen über das Spektrum der quantisierten Theorie ableitet. So unterliegen sogenannte BPS-saturierte Solitonlösungen normalerweise einem Nichtrenormierungstheorem für ihre Massen.

In zwei-dimensionalen N=1 supersymmetrischen Modellen hingegen wurde in Zusammenarbeit mit H. Nastase, M. Stephanov und P. van Nieuwenhuizen vor einigen Jahren nachgewiesen, daß es nicht-verschwindende Massenkorrekturen für klassisch BPS-saturierte Solitonen gibt, während der übliche zentrale Ladungsoperator unverändert bleibt. Da dies ein reiner 1-Schleifeneffekt ist, wurde die Existenz einer Anomalie vermutet, und in der Folge wurde von Shifman, Voloshin und Vainshtein (Minneapolis) ein anomaler Beitrag zum zentralen Ladungsoperator gefunden, der allerdings in Widerspruch zu konkreten Rechnungen von Jaffe and Graham (MIT) stand.

Diese Problematik wurde nun in Zusammenarbeit mit P. van Nieuwenhuizen, der einen Teil seines Sabbaticals an unserem Institut verbrachte, neu aufgerollt. Zunächst wurde eine neue Regularisierung von zwei-dimensionalen Solitonen durch Einbettung als ``domain walls'' in höheren Dimensionen entwickelt, die eine Herleitung bekannter und einiger neuer Resulte zu dieser Art von topologischen Lösungen erlaubte, sowohl in supersymmetrischen wie nicht-supersymmetrischen Modellen. Unter den neuen Resultate war ein nicht-verschwindendes Ergebnis für die Quantenkorrektur der Energiedichte von 2+1-dimensionalen minimal supersymmetrischen ``domain walls'', die mit einer paritätsverletzenden Korrektur zur longitudinalen Impulsdichte (ermöglicht durch das Auftreten von chiralen domain-wall Fermionen) einherging. Dieses Ergebnis erlaubte in der Folge eine physikalische Interpretation der Anomalie im zentralen Ladungsoperator der 1+1-dimensionalen Theorie, die damit bestätigt wurde. Zudem konnte die Lücke in der genannten Arbeit von Jaffe and Graham geschlossen werden. In Zusammenarbeit mit A. S. Goldhaber (SUNY Stony Brook) wurde weiters eine neue globale Anomalie von supersymmetrischen Solitonen entdeckt, wenn diese auf einem Kreis als Basismannigfaltigkeit quantisiert werden: in diesem Fall ist es nicht möglich, gleichzeitig die Symmetrien C, P und T aufrecht zu erhalten.
Vortrag: B6
Paper: 24
Projekt: FWF-P15449

4.1.4  Elementarteilchenphysik und Kosmologie

In diesem Fachgebiet werden jene Arbeitsbereiche der theoretischen Elementarteilchenphysik zusammengefaßt, bei denen weniger die Untersuchung theoretischer Grundfragen als eine eher direkte Relevanz für experimentelle Interpretationen im Vordergrund stehen, oder aber auch Anwendungen des Standardmodells auf die Kosmologie, die zur Erklärung von Beobachtungen führen.

Ein Schwerpunkt des Fachgebietes lag bei der Untersuchung jener kurzlebigen Bindungszustände, die das 1995 entdeckte Topquark eingehen kann. Ein weiterer betraf das Verhalten von Quantenfeldtheorien bei endlichen Temperaturen: Es liegen nun erste Ergebnisse von Experimenten vor, in denen schwere Atomkerne (und nicht nur einzelne Elementarteilchen) bei den höchsten erreichbaren Energien zur Kollision gebracht werden. Für winzigste Bruchteile von Sekunden können so Zustände mit hoher Energiedichte simuliert werden, wie sie im Kosmos kurz nach dem Urknall auftraten. Quarks und die Eichquanten der starken Wechselwirkungen (Gluonen) müssen unter solchen Bedingungen nicht mehr in den üblichen Elementarteilchen (Proton, Neutron usw.) eingeschlossen sein, sondern können nach einem Phasenübergang ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma bilden.

Die Teilchenphysik im frühen Universum kann durch Quantenfeldtheorie bei endlicher Temperatur gut beschrieben werden. So ist das Verständnis des Quark-Gluon Plasmas wichtig für den Quark-Hadron Phasenübergang, bei dem die Nukleonen entstehen. Die Inhomogenität der Nukleosynthese bestimmt die Baryondichte im Universum. Ein anderer Phasenübergang, jener der elektroschwachen Theorie, könnte für den Überschuß von Materie gegenüber Antimaterie im Kosmos verantwortlich sein. Die Entwicklung von Dichteschwankungen (mit Satelliten im kosmischen Mikrowellen-Hintergrund beobachtbar) wird durch Gravitationskräfte zwischen thermischen Teilchen beschrieben.

Gebundene Zustände und Toponiumphysik

Kummer, A. Schwarz
Neben Streuproblemen bei hohen Energien, chiraler oder ``heavy quark'' Störungstheorie erlaubt auch die Betrachtung schwach gekoppelter gebundener (Quarkonium-) Systeme für nichtabelsche Eichtheorien (Quantenchromodynamik) eine störungstheoretische Behandlung. Der hohe Wert für die Masse des Topquarks bedeutet eine Chance, streng feldtheoretische Methoden (Bethe-Salpeter Gleichung für schwache Kopplung) in einem Top-Antitop System anwenden zu können, da der rasche Zerfall keine Zeit für Confinementeffekte läßt. Andererseits muß man sich aber hier erstmals tiefgehend mit der Behandlung inhärent instabiler Teilchen im Formalismus der Quantenfeldtheorie befassen.
Projekt: FWF P13502-TPH

Quantenfeldtheorie bei endlicher Temperatur

Blaizot 14 , Iancu 14, Ipp, Rebhan, Reinosa 14, Romatschke
Bei ultrarelativistischen Temperaturen versagen die herkömmlichen störungstheoretischen Methoden ab einer bestimmten Ordnung der Störungsreihe und es kommt zu Infrarotdivergenzen. Diese können teilweise durch Resummation von kollektiven Phänomenen (Debye-Abschirmung, Plasmonendispersion, Landau-Dämpfung) beseitigt werden, wobei seit Anfang der 90er-Jahre ein systematischer Zugang durch die HTL (hard-thermal-loop) Resummation existiert. Die solchermaßen resummierte Störungsreihe zeigt allerdings schlechte Konvergenzeigenschaften und leidet zudem in nicht-Abelschen Eichtheorien unter Infrarotdivergenzen im magnetostatischen Sektor. In Zusammenarbeit mit J.-P. Blaizot and E. Iancu (Saclay) konnte eine erweiterte HTL-Resummation von thermodynamischen Potentialen für die nicht-Abelsche Quantenchromodynamik entwickelt werden, die die Thermodynamik der starken Wechselwirkung auf die Spektraleigenschaften von nur schwach wechselwirkenden gluonischen und fermionischen Quasiteilchen zurückführt und dadurch die schlechten Konvergenzeigenschaften herkömmlich resummierter Störungsreihen drastisch verbessert. In den Fällen, wo Gittersimulationen mit verläßlichen Kontinuumsextrapolationen existieren, konnte durch numerische Auswertung und Vergleich gezeigt werden, daß ab Temperaturen vom doppelten der kritischen Temperatur eine quantitativ gute Übereinstimmung erreicht wird. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mit analytischen, semi-perturbativen Methoden die Zustandsgleichungen des Quark-Gluon-Plasmas, für dessen Existenz es seit kurzem mehr oder weniger direkte experimentelle Hinweise gibt, aus den fundamentalen Gleichungen der QCD zu gewinnen. Als Vorstudien für geplante Erweiterungen dieser Methodik wurden im Rahmen der Dissertation von U. Reinosa (Saclay) und der Diplomarbeit von P. Romatschke (Wien) die 3-Schleifen-Approximation einer skalaren Feldtheorie untersucht. In der QCD wurden Erweiterungen in Richtung endliches chemisches Potential vorgenommen, einerseits über die Untersuchung von Quarkzahlsuszeptibilitäten, für die erstmals genauere Gitterdaten vorlagen, und anderseits über die Verwendung von HTL-Quasiteilchenmodellen für die Zustandsgleichung, die ebenfalls erstmals (vielversprechende) Vergleiche mit Gitterergebnissen bei endlichem chemischen Potential erlaubten.
Vortrag: A3,
Paper: 3, 4, 22, 23,
Diplomarbeit: 8.2,
Projekt: FWF P14632-TPH

Der kosmologische QCD Phasenübergang

Ignatius 15, D. Schwarz
Im kosmologischen QCD Phasenübergang wird aus dem Quark-Gluon-Plasma, das bei Temperaturen über 200 MeV existiert, ein Gas von Hadronen. Dieser Übergang bestimmt wie die Baryonverteilung vor Beginn der primordialen Nukleosynthese aussieht. Durch die Abweichung vom Gleichgewicht während des Phasenübergangs können Inhomogenitäten entstehen. Die Häufigkeiten der primordialen Elemente weichen von den Vorhersagen der homogenen Nukleosynthese ab, falls Dichtefluktuationen im kosmischen Plasma eine wichtige Rolle bei der Nukleation der hadronischen Phase spielen.
Vortrag: C15, C12
Paper: 15

Kosmologische Inflation und Kosmischer Mikrowellenhintergrund

García 16 , Leach 17 , Liddle 17, Martin 18 , Peter 18, Pinto-Neto 19, D. Schwarz, Terrero-Escalante 16
Inflationäre kosmologische Modelle ermöglichen, neben der Lösung der Probleme der Standardkosmologie, die Erzeugung von primordialen kosmologischen Störungen. Quantenfluktuationen werden während der Phase der beschleunigten Ausdehnung verstärkt. Am Ende der Inflation werden die entstandenen Dichtefluktuationen durch ihr ``power spectrum'' charakterisiert. Das Spektrum dient als Anfangsbedingung für Strukturbildung. Aus dem primordialen Spektrum folgen Vorhersagen für die Anisotropien des kosmischen Mikrowellenhintergrundes. Die Satelliten MAP (NASA) und Planck (ESA) werden die Anisotropien des kosmischen Mikrowellenhintergrunds sehr genau vermessen. Es wurde vorgeschlagen, aus diesen Messungen die kosmologischen Parameter zu rekonstruieren (auf 1%!). Dies wird nur möglich sein, wenn das primordiale Spektrum ebenso präzise bekannt ist.

Wir haben untersucht wie man aus den Daten zukünftiger Messungen hoher Genauigkeit, Aussagen über inflationäre Kosmologie machen kann.

Im weitern haben wir neue exakte Lösungen und verbesserte Näherungsmethoden zur Berechnung der primordialen Spektren gefunden.

Wir konnten auch zeigen, daß eine jüngst vorgeschlagene Alternative zu kosmologischer Inflation, das sogenannte ekpyrotische Szenario, keine Vorhersagekraft hat, da willkürliche Funktionen Eingang in beobachtbare Größen finden.
Vortrag: A7, C6, C5, C4, C14, C13
Paper: 28, 21, 20

Supersymmetrische dunkle Materie

Hofmann 20 , D. Schwarz, Stöcker 20
Das leichteste supersymmetrische Teilchen, in der minimalen Erweiterung des Standardmodells das Neutralino, ist einer der besten Kandidaten für die dunkle Materie in unserem Universum. Die Vorhersage der räumlichen Verteilung von kalter dunkler Materie ist für die Berechnung von Zählraten für Experimente zur Suche nach kalter dunkler Materie von größter Wichtigkeit. Aus den schwachen Wechselwirkungen der Neutralinos ergibt sich, daß diese im frühen Universum bei Temperaturen von etwa 10 MeV vom Rest der Materie entkoppeln. Dabei werden Inhomogenitäten durch die endliche freie Weglänge gedämpft. Dies hat zur Folge, daß eine kleinste Skala für Wolken aus kalter dunkler Materie existiert.
Paper: 27

Beschleunigte Expansion des Universums

Balakin 21, Pavón 22, D. Schwarz, Zimdahl 23
Aus Beobachtungen von Supernovae vom Typ Ia ergibt sich, daß die Expansion des Universums beschleunigt wird. Ein solches Verhalten ist nur durch eine Verletzung der starken Energiebedingung möglich, wie sie zum Beispiel durch eine kosmologische Konstante auftritt. Wir haben gezeigt, daß eine effektive Anti-Reibungskraft, die durch noch unverstandene Vielkörpereffekte der Gravitation entstehen könnte, eine Beschleunigung der Expansion erklären könnte. Wir konnten ferner zeigen, daß diese Annahme sowohl mit Supernovaedaten, als auch mit den Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung konsistent ist.
Vortrag: B5
Paper: 30, 26

4.1.5  Publikationen aus Fundamentalen Wechselwirkungen

  1. A.A. Bichl, J.M. Grimstrup, H. Grosse, E. Kraus, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar
    Non-commutative Lorentz symmetry and the origin of the Seiberg-Witten map
    Eur. Phys. J. C 24, 165-176 (2002)

  2. A.A. Bichl, J.M. Grimstrup, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar
    Perturbative analysis of the Seiberg-Witten map
    Int. J. Mod. Phys. A 17, Nr. 16, 2219-2231 (2002)

  3. J.-P. Blaizot, E. Iancu, A. Rebhan
    Quark number susceptibilities from HTL-resummed thermodynamics
    Phys. Lett. B 523, 143-150 (2001)

  4. J.-P. Blaizot, E. Iancu, A. Rebhan
    The thermodynamics of the quark-gluon plasma: Self-consistent resummations versus lattice data
    Nucl. Phys. A 698, 404-407 (2002)

  5. M. Ertl, W. Kummer. T. Strobl
    All minimal supergravity extensions of 2d dilaton theories
    J. High Energy Phys. PRHEP-hep 2001/, 1-7 (2001)

  6. P. Fischer, D. Grumiller, W. Kummer, D. Vassilevich
    S-matrix for s-wave gravitational scattering
    Phys. Lett. B B521, 357-363 (2001)

  7. A. Gerhold, J. Grimstrup, H. Grosse, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar
    The energy-momentum tensor on noncommutative spaces: Some pedagogical comments
    Ukr. J. Phys. 47 N3, 219-225 (2002)

  8. F. Gieres, J.M. Grimstrup, H. Nieder, T. Pisar, M. Schweda
    Topological field theories and their symmetries within the Batalin-Vilkovisky framework
    Phys. Rev. D 66, 025027-1-025027-14 (2002)

  9. J. Grimstrup
    Quantization of noncommutative field theories
    Ukr. J. Phys. 47, 226-229 (2002)

  10. J.M. Grimstrup, H. Grosse, E. Kraus, L. Popp, M. Schweda, R. Wulkenhaar
    Noncommutative spin-1/2 representations
    Eur. Phys. J. C 24, 491-494 (2002)

  11. Daniel Grumiller
    The virtual Black Hole in 2 d quantum gravity and its relevance for the S matrix.
    Int. J. Mod. Phys. A 17, 989-992 (2002)

  12. D. Grumiller
    Virtual Black Hole phenomenology from 2d dilaton theories
    Class. Quantum Grav. 19, 997-1009 (2002)

  13. D. Grumiller, W. Kummer, D.V. Vassilevich
    Dilaton gravity in two dimensions
    Phys. Rept. 369/4, 327-430 (2002)

  14. M. Herbst, A. Kling, M. Kreuzer
    Non-commutative tachyon action and D-brane geometry
    J. High Energy Phys. 0208010, 1-11 (2002)

  15. J. Ignatius, D.J. Schwarz
    QCD phase transition and primordial density perturbations
    in 4th International Workshop of Particle Physics and the Early Universe (COSMO 2000), ed. by J.E. Kim, P. Ko, K. Lee (World Scientific, River Edge 2001), pp. 313-320

  16. M. Kreuzer, H. Skarke
    Complete classification of reflexive polyhedra in four dimensions
    Adv. Theor. Math. Phys. 4, 1209-1231 (2002)

  17. M. Kreuzer, H. Skarke
    Reflexive polyhedra, weights and toric Calabi-Yau fibrations
    Rev. Math. Phys. 14, No. 4, 343-374 (2002)

  18. W. Kummer
    Classical and quantum gravity in d=2 and the virtual Black Hole
    Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 102&103, 209-218 (2001)

  19. W. Kummer
    Classical and quantum gravity in two dimensions, Vienna style
    Ukr. J. Phys. 47, 250-256 (2002)

  20. S.M. Leach, A.R. Liddle, J. Martin, D.J. Schwarz
    Cosmological parameter estimation and the inflationary cosmology
    Phys. Rev. D 66, 023515-1-023515-14 (2002)

  21. J. Martin, P. Peter, N. Pinto-Neto, D.J. Schwarz
    Passing through the bounce in the ekpyrotic models
    Phys. Rev. D 65, 123513-1-123513-15 (2002)

  22. A. Rebhan
    HTL quasiparticle picture of the thermodynamics of QCD
    Nucl. Phys. A 702, 111-122 (2002)

  23. A. Rebhan
    Thermal gauge field theories
    in Lectures on quark matter, ed. by W. Plessas, L. Mathelitsch (Springer, Berlin 2002), pp. 161-208

  24. A. Rebhan, P. van Nieuwenhuizen, R. Wimmer
    One-loop surface tensions of (supersymmetric) kink domain walls from dimensional regularization
    New J. Phys. 4, 31.1-31.17 (2002)

  25. E. Scheidegger
    On D0 -branes in Gepner models
    J. High Energy Phys. 8, 1- 19 (2002)

  26. D.J. Schwarz, W. Zimdahl, A.B. Balakin, D. Pavón
    Cosmic acceleration from effective forces?
    in Lighthouses of the Universe: The Most Luminous Celestial Objects and their Use for Cosmology, ed. by M. Gilfanov, R. Sunyaev and E Churazov (Springer, Berlin 2002), pp. 541-543

  27. D.J. Schwarz, S. Hofmann, H. Stöcker
    Damping of inhomogeneities in neutralino dark matter
    in Proceedings of the EPS International Conference on High Energy Physics, Budapest 2001, ed. by D. Horvath, P. Levai, A. Patkos (Proceedings Section, Trieste 2001), pp. 204.1-204.5

  28. D.J. Schwarz, C.A. Terrero-Escalante, A.A. Garcia
    Higher order corrections for predictions of cosmological inflation
    Phys. Lett. B 517, 243-249 (2001)

  29. D.J. Schwarz, D. Seidel
    Microlensing neutron stars
    Astrophys. J. 388, 483-491 (2002)

  30. W. Zimdahl, A.B. Balakin, D.J. Schwarz, D. Pavón
    Gas models for inflation and quintessence
    Gravitation and Cosmology 8 Suppl. II, 158-163 (2002)

4.1.6  Vorträge aus Fundamentalen Wechselwirkungen

A. Eingeladene Vorträge

  1. M. Kreuzer
    Fibrations and torsion in toric complete intersections
    String Theory and Complex Geometry, Bad Honnef, (Germany)
    9.4.2002

  2. W. Kummer
    Four decades of gauge theories
    The II International Symposion 'Fundamental Problems in Modern Quantum theories and Experiments', Odessa, (Ukraine)
    2.9.2002

  3. A. Rebhan
    Hard thermal loop approach to QCD thermodynamics and quark susceptibilities
    ITP Program on QCD and Gauge Theory Dynamics in the RHIC Era (Apr 1 - Jun 28, 2002), University of California, Santa Barbara, (USA)
    28.5.2002

  4. D.J. Schwarz
    Confrontation of cosmological inflation with observations
    Eötvös Lorand University, Budapest, (Hungary)
    20.2.2002

  5. D.J. Schwarz
    Origin of cosmological perturbations
    Eötvös Lorand University, Budapest, (Hungary)
    19.2.2002

  6. D.J. Schwarz
    Principles and inflationary models
    Eötvös Lorand University, Budapest, (Hungary)
    18.2.2002

  7. D.J. Schwarz
    The early universe
    Summer School on 'Cosmology and the High-Redshift Universe', Abisko, (Sweden)
    12.8.2002

B. Sonstige Tagungsbeiträge

  1. L. Bergamin
    Non-semiclassical effects in non-perturbative SUSY theories
    EURESCO Conference on Particle Physics and Gravitation, Bad Herrenalb, Germany
    4.6.2002

  2. Daniel Grumiller
    Virtual Black Hole phenomenology from 2 d dilaton theories
    BritGrav II (Queen Mary), London, (UK)
    11.6.2002

  3. W. Kummer
    Minimal 2d dilaton supergravity from Poisson-Sigma models
    EURESCO Conference on Particle Physics and Gravitation, Bad Herrenalb, (Germany)
    3.6.2002

  4. E. Scheidegger
    D-branes on Calabi-Yau spaces
    Workshop on String Theory and Complex Geometry, Bad Honnef, Germany
    9.4.2002

  5. D.J. Schwarz
    Accelerated expansion without dark energy
    XVIIIth IAP Colloquium: On the nature of dark energy, Paris, (France)
    3.7.2002

  6. R. Wimmer
    One-loop surface tensions and anomaly in central charge and momentum of SUSY domain walls
    Particle Physics and Gravitation, EuroConference on Supersymmetry, Gravity and Quantum Cosmology, Bad Herrenalb, (Germany)
    3.6.2002

C. Vorträge an Universitäten und Forschungsinstitutionen

  1. H. Balasin
    The generalized \'tHooft-Dray equation and the gravitational field of a massless particle on the horizon of a stationary black hole
    Institut für Theoretische Physik, Universität Wien, Wien, (Austria)
    6.6.2002

  2. J. Grimstrup
    Quantum spaces, cosmology and strings
    Ludwig-Maximilians-Universität, München, (Germany)
    12.2.2002

  3. Daniel Grumiller
    The virtual Black Hole in 2d quantum gravity
    Particle Physics and Gravitation (EURESCO), Bad Herrenalb, (Germany)
    4.6.2002

  4. Daniel Grumiller
    Virtual Black Holes and the S-matrix in Generalized Dilaton Gravity
    University of Chicago, Elementary Particle Physics Division, Chicago, IL, (USA)
    16.9.2002

  5. D. Grumiller
    Virtual Black Holes in Generic 2D Dilaton Theories
    HEP 2002, Amsterdam, (The Netherlands)
    27.7.2002

  6. M. Kreuzer
    Toric complete intersections and string dualities
    CERN, Theory Division, Genf, (Switzerland)
    24.9.2002

  7. M. Kreuzer
    Toric geometry and string theory
    Universität Frankfurt, Frankfurt, (Germany)
    12.8.2002

  8. W. Kummer
    Four decades of gauge theories in physics
    Kiev University, Kiev, (Ukraine)
    30.11.2001

  9. E. Scheidegger
    D-branes on toric Calabi-Yau hypersurfaces
    String Theory Seminar, Duke University, Durham, USA
    25.4.2002

  10. E. Scheidegger
    D4-branes in toric Calabi-Yau hypersurfaces
    Mathematical Aspects of String Theory - Erwin Schrödinger Institut, Vienna, Austria
    23.10.2001

  11. E. Scheidegger
    D4-branes on toric Calabi-Yau hupersurfaces
    BCDE Seminar, University of Illinois, Urbana-Champaign, USA
    2.5.2002

  12. D.J. Schwarz
    Die erste Sekunde des Universums
    Universität Köln, Köln, (Germany)
    18.4.2002

  13. D.J. Schwarz
    Kosmische Mikrowellenstrahlung, dunkle Materie und kosmologische Inflation
    Universität Würzburg, Würzburg, (Germany)
    16.1.2002

  14. D.J. Schwarz
    Probing inflation with the cosmic microwave background
    Institut d´Astrophysique de Paris, Paris, (France)
    8.11.2001

  15. D.J. Schwarz
    The first second of the universe
    Universität Bern, Bern, (Switzerland)
    14.12.2001

4.2  Nichtlineare Dynamik und Physik komplexer Systeme

Nichtlineare Dynamik befaßt sich mit der zeitlichen Entwicklung physikalischer Systeme, ihrer Vorhersagbarkeit und Stabilität. Der Anwendungsbereich erstreckt sich vom Mikrokosmos, z.B. Atomen, bis zum Makrokosmos, z.B. unserem Sonnensystem. Seine Langzeitstabilität und die Beobachtung chaotischer Dynamik im Sonnensystem haben maßgeblich zur Entwicklung dieses Forschungsgebiets beigetragen. Nichtlineare Effekte können zu drastischen Änderungen eines Systems bei kleinsten Störungen führen. Die Antwort eines scheinbar einfachen Systems auf die Störung ist deshalb äußerst komplex. Die Komplexität eines Systems ist bestimmt durch seine dynamischen Eigenschaften, nicht nur von seiner Größe. Die Physik komplexer Systeme schließt zahlreiche Arbeitsgebiete ein: Statistische Mechanik und Chaostheorie, Algorithmische Physik, Quantenoptik und Quantenchaos.

4.2.1  Reguläre und chaotische Bewegung in atomaren Systemen

Die Untersuchung von Signaturen von regulärer und chaotischer Dynamik in Quantensystemen bei weichem Chaos, d.h. Systeme mit gemischtem Phasenraum, ist das Grundziel dieses Projekts. Fundamentale Anwendungsbeispiele stellen Ein- und Zwei-Elektronen Rydbergatome dar. Klassische, semiklassische und quantenmechanische Methoden werden verwendet, um Indikatoren von Ordnung und Chaos im Spektrum sowie in anderen dynamischen Variablen zu identifizieren.

Radiative recombination in a magnetic field

Burgdörfer, Yoshida, Hörndl, Tökési
The ion-electron recombination process in cold magnetized plasmas is currently intensively studied both experimentally and theoretically. Recent storage ring experiments show a dramatic enhancement of the recombination rate for high Z ions relative to what standard radiative recombination rates predict. The aim of this project is to understand the fundamental mechanism of this recombination process and the origin of the enhancement. We investigate the role of classical chaotic dynamics and unstable periodic orbits which may bring an electron to multiple visits to the target ion thereby enhancing the total recombination rate. In addition, the role of stochastic perturbations in the dilute electron gas and the influence of fields in the merging region of ion beam and electron beam are studied.
Paper: 7
Vortrag: A3, A5, A6
Projekt: FWF Projekt: ``Enhanced radiative recombination rates in a low-temperature low-density magnetized plasma''

Semiclassical analysis of quantum localization of the kicked Rydberg atom

S. Yoshida, E. Persson, F. Grossmann 24 , J. Burgdörfer
The kicked atom is known as the testing ground for the study of quantum chaos and proven to show the quantum localization through scars wavefunction while the corresponding classical counterpart shows chaotic behavior. This apparent contradiction between the ubiquitousness of classical chaotic dynamics and the lack thereof in quantum dynamics brings into focus the open problem of a semiclassical description of quantum localization. We analyze the kicked atom using a semiclassical approximation based on coherent states (Herman-Kluk propagator) and examine the mechanism of the localization in terms of classical trajectories.
Vortrag: A9, B18, C5
Projekt: SFB 016-FWF

Quantum localization of the periodically kicked atom in 3D

J. Burgdörfer, S. Yoshida, E. Persson, X.M. Tong 25 , C. Reinhold 26
We study the correspondence between classical and quantum mechanics for the example of the Rydberg atom kicked by a periodic train of short pulses. In cases where the classical dynamics is unstable and diffusive, the quantum wave function nevertheless can localize close to the initial state. Earlier studies on this effect of quantum localization were made for a simplified one-dimensional model atom. We are now able to show that quantum localization exists in the real 3D atom and make specific proposals for an experimental verification of the effect. We further study the relation between the 1D model and the true 3D dynamics as well as the connection to the Anderson localization known in solid state physics.
Vortrag: B8, C1, C2, C3, C4, C6, C7

Optimization of high-harmonic generation by genetic algorithms

Burgdörfer, Yoshida, Persson, Puschkarski
High Harmonic Generation (HHG) is the emission of very high energy photons by the non-linear interaction of atoms with strong laser fields yielding high multiples n w0 of the fundamental driving frequency w0. The photo emission process can serve as a convenient alternative to other sources of x-ray laser light such as synchrotron radiation or free electron lasers. By splitting a femto-second laser pulse in its Fourier components and varying the amplitude and phase of each component, it is possible to shape a time-dependent field. We simulate the interaction of the shaped field with an atom and use a genetic algorithm find optimal parameters for the field according to some criteria such as more intensity in a given frequency interval or a certain time-profile of the emitted light.
Vortrag: B7, B9

Production of quasi one-dimensional Rydberg states

Burgdörfer, Yoshida, Arbo, Reinhold 26, Stokely 27 , Pattanayak 28, Dunning 27
We have demonstrated that strongly-oriented quasi one-dimensional very high-n (potassium) Rydberg atoms can be produced by photoexcitation of selected Stark states in the presence of a weak DC field. According to our theoretical calculations for m=0 states, the transition probability distribution for excitation is only significant in the vicinity of the Stark shifted s, p and d levels, and precisely those states located near the Stark-shifted d-level have sizable elongation. Such quasi - one-dimensional excitations have been meanwhile experimentally observed. They can be used to create wave packets undergoing transient localization. We have discussed a scheme for determining the degree of localization by means of a probe pulse that is applied after a variable time delay. We have analyzed the underlying classical dynamics leading to phase space localization and provided a quantum mechanical description of the system in terms of its phase space Husimi distribution.
Vortrag: A1, B14

Hot electrons from ion-atom collisions: Fermi-shuttle type scattering

Tökési, Sulik29
Evidence for multiple scattering sequences between the projectile an dthe target has been found in single ion-atom collisions. We observed triple and quadruple scattering of the electrons ejected in intermediate velocity collisions of C+ ions with Xe atoms. In the electron spectra, we have separated and identified structures, which belong to the target ionization process involving a sequence of triple electron scattering by the projectile, the target, and the projectile core again. A ridge for quadruple scattering, corresponding to an additional encounter with the target core, has also been identified. Evidence for the above processes has been supported with the help of the classical trajectory Monte Carlo method.
Vortrag: B15
Paper: 13

Study of the transfer ionization process by observing the electron cusp in He2+ + He collisions

Tökési, Sarkadi 29
Cusp electron emission in He2+ on He collisions has been investigated in the energy range 100-300 keV. The processes of electron capture to the continuum (ECC), and ECC accompanied by bound-state capture (transfer ionization, TI) were identified by detecting the electrons in coincidence with the charge-state-analyzed outgoing He2+ and He+ ions. The ratios of yield for the TI and ECC cusp are found to increase steeply with decreasing projectile energy. The measured data are compared with the calculations carried out in the independent particle model with use of the classical trajectory Monte Carlo method and the continuum-distorted-wave theory. The disagreement observed between the theory and experiment indicates the presence of electron correlation effects in TI.
Paper: 9

State selective cross sections in ion-atom collisions

Tökési, Takács 29
State selective capture cross sections have been observed in collisions between highly charged ions and Ar atoms. The (n,l) distribution of the initial capture states depends on the target ionization potential and the charge state of the projectile. Our recent classical trajectory Monte Carlo calculations show that the increasing charge state changes both the n and l distribution of the initial capture.
Vortrag: B4, B17

4.2.2  Reguläre und chaotische Dynamik in Quantenpunkten und ``Designer''-Atomen

Die klassische und Quanten-Dynamik von Elektronen in Quantenpunkten, d.h. Strukturen artifizieller Geometrie, erlaubt den Vergleich und den Kontrast mit Coulomb-Systemen. Diese werden deshalb oft ``Designer-Atome'' genannt. Abhängig von der gewählten Geometrie kann reguläre, chaotische oder gemischte Dynamik realisiert werden. Von besonderem Interesse sind offene Strukturen, bei denen Eigenschaften der regulären S-Matrix untersucht werden.

Laser excitation of two interacting electrons in a harmonic quantum dot

Burgdörfer, Rohringer, Yoshida, Pattard 24, Tong 25
We investigate a model system of two Coulomb interacting electrons in a quantum dot with a harmonic confining potential subject to an intense laser pulse. Due to the separability of the time-independent problem in center of mass coordinates, its eigenfunctions and eigenvalues are obtained exactly. Moreover, the Feynman propagator for the time-dependent system is analytically known, allowing for an accurate time evolution of the system. Thus, the problem can be solved virtually exactly, making tests of other approximate methods feasible. In the present study, we focus on a comparison between the exact result electron correlation effects through the exchange-correlation potential.
Projekt: SFB 016-FWF

Semiklassische und quantenmechanische Beschreibung von Transport durch Mikrostrukturen

Burgdörfer, Rohringer, Rotter, Liebisch, Stampfer, Weingartner
Es wurde ein numerisches Verfahren entwickelt, das eine genaue und stabile Lösung von Quantentransportproblemen durch offene Mikrostrukturen ermöglicht. Diese Modulare Green's-Funktions-Methode gestattet die Berechnung der Leitfähigkeit durch Quantenpunkte, selbst für die Grenzfälle von hohen Magnetfeldern und kleinen Wellenlängen. Im ersteren Fall können exakte Aussagen über den in diesem Bereich auftretenden Quanten-Hall-Effekt getroffen werden. Im Fall von kleinen Wellenlängen wird die Gültigkeit von semiklassischen Näherungen erwartet. Wir vergleichen die Ergebnisse von semiklassischen und quantenmechanischen Analysen und erhalten auf diese Weise Aufschluß über die dem Transportsystem zugrundeliegende klassische Dynamik. Weiters können wir zeigen, daß semiklassische Approximationen deutliche Abweichungen von der Quantenmechanik zeigen: a) die Unitarität der Streumatrix wird verletzt und b) lange Pfade werden nicht hinreichend gedämpft. Durch Berücksichtigung von Beugungseffekten und Hinzunahme von nicht-klassischen Pfaden konnten die semiklassischen Methoden in diesen Punkten maßgeblich verbessert werden.
Vortrag: A2, A3, A7, B11, B17
Projekt: SFB 016-FWF

Resonance trapping in open quantum systems

Persson, Barth 30 , Kuhl 30, Stöckmann 30, I. Rotter 24,
We investigate interference effects due to the coupling of a discrete quantum system to a continuum of decay channels. Due to the finite number of channels, the life times of most of the states get dynamically stabilised while a few states get very short-lived. The theoretical expectations are experimentally verified in a microwave cavity coupled to a waveguide.
Paper: 11

Bargmann representation for Landau levels in two dimensions

Burgdörfer, Rohringer, Macris 31
We have developed a formulation of the quantum mechanics of a non-interacting electron gas confined to two dimensions in a strong magnetic field within the framework of the Hilbert space of analytic functions (Bargmann's space). Our approach extends the representation introduced by Girvin and Jach for the ground state to arbitrary Landau levels and to the regime of coupling between Landau levels. By projecting out the rapid cyclotron motion, the quantum mechanics of the slow guiding center motion is converted into a system of coupled-channel equations describing the coupling between Landau levels due to the (disorder) potentials. In the limit of strong fields, the coupled-channel equations can be solved perturbatively. For the single-channel case we derive a WKB-like quantization conditions for the one-dimensional motion along equipotential lines for arbitrary Landau levels. An application of this formalism to the weak-levitation problem confirms the leading-order levitation correction suggested by Haldane. More recently, we have extended the Bargmann-space description to electron-electron interactions in a quantum dot.
Vortrag: B10

4.2.3  Quantenoptik

Die Quantenoptik beschäftigt sich mit jenen optischen Erscheinungen, die sich im Rahmen der klassischen Physik nicht vollständig erklären lassen. Diese Erscheinungen sind Folgen der Quantenphysik der elektromagnetischen Strahlung und der Atome. Ein Beispiel dafür ist die experimentell bekannte spontane Strahlungsemission bei Atomen. Hierbei gibt ein angeregtes Atom ohne Einfluß eines äußeren Strahlungsfeldes seine Energie in Form von Strahlung ab und geht in den Grundzustand über. Die Quantenphysik der Strahlung liefert einen Vakuumzustand des Feldes, bei dem zwar das Strahlungsfeld verschwindet, jedoch nicht das mittlere Schwankungsquadrat dieses Feldes. Diese Schwankungen des Vakuumfeldes verursachen die spontane Emission und sorgen außerdem für eine Verschiebung der Energieniveaus der Atomzustände, die experimentell nachweisbar ist und Lamb-Shift genannt wird. Die Eigenschaften von wechselwirkenden quantenmechanischen Atom-Strahlungsfeldsystemen werden untersucht.

Absorption and dispersion by a multiple driven two-level atom

Hittmair, Adam, Seke, Ficek 32, Bogolubov jr 33 , Soldatov 34
We investigated the absorption and dispersion properties of a two-level atom driven by a polychromatic field. The driving field is composed of a strong resonant (carrier) frequency component and a large number of symmetrically detuned sideband fields (modulators). A rapid increase in the absorption at the central frequency and the collapse of the response of the system from multiple frequencies to a single frequency are predicted to occur when the Rabi frequency of the modulating fields is equal to the Rabi frequency of the carrier field. These are manifestations of the undressing or a disentanglement of the atomic and driving field states, that leads to a collapse of the atom to its ground state. Our calculation permits consideration of the question of the undressing of the driven atom by a multiple-modulated field and the predicted spectra offer a method of observing undressing. Moreover, we find that the absorption and dispersion spectra split into multiplets whose structures depend on the Rabi frequency of the modulating fields. The spectral features can jump between different resonance frequencies by changing the Rabi frequency of the modulating fields or their initial phases, which can have potential applications as a quantum frequency filter.
Vortrag: B2
Paper: 3
Projekt: OENB 7720

The complete treatment of the time evolution in the case of a discretized atom-field interaction model

Hittmair, Adam, Seke, Bogolubov jr 35, Soldatov 36
The dynamics of a discretized atom-field interaction model with a physically relevant form factor is analyzed. It is shown that after some short time interval only a small fraction of eigenvalues and eigenstates (belonging to the close vicinity of the of the excited atomic state energy E=w0/2) contributes to the nondecay probability amplitudes in the long-time regime, whereas the contribution of all other eigenstates and eigenvalues is negligible. Nevertheless, to describe correctly the non-Markovian dynamics in the short-time regime the contribution of all eigenstates and eigenvalues must be taken into account.
Vortrag: B12
Projekt: OENB 7720

Violation of the U-matrix boundary condition by quantum-field theoretical on-shell renormalization and a new consistent renormalization concept involving bound-state problems

Hittmair, Adam, Seke
By generalizing the Gell-Mann-Low formula and applying the self-consistent projection-operator method, developed a decade ago by J. Seke, a connecting equation between the fermion propagator (involving the interaction with the quantum electromagnetic field in the presence of an external field) and the U-matrix elements, being valid to any order of the fermion-photon interaction, is derived. After proving rigorously the violation of the U-matrix boundary condition (U(t,t)=1) by the conventional on-shell renormalization of the fermion propagator (removal of free-fermion pole and residue corrections), the absolute necessity for the formulation of a new renormalization concept becomes self-evident. This latter is achived by elaborating a consistent renormalization procedure, based on the self-consistent projection-operator method (which, unlike the standard perturbation method, guarantees the consistency of the applied approximation to any order as to the strength of the interaction). The new complete renormalization, unlike the conventional one, removes completely the experimentally unobservable free-electron Dyson self-energy from the fermion propagator. By applying the new concept, for the first time, consistently renormalized contributions (up to the fourth order) to the bound-electron self-energy function with the corresponding Feynman diagrams are derived.
Paper: 10
Projekt: OAW, EST-254/2002

4.2.4  Quantenlogik und verwandte Problemstellungen

Quantenlogik

Svozil
Die Quantenlogik stellt eine Algebraisierung der Quantenmechanik mit verbandstheoretischen Methoden dar. Eines der wesentlichsten Ergebnisse ist das sogenannte Kochen-Specker Theorem, welches die Unmöglichkeit von nichtkontextuellen verborgenen Parametern beweist. Ein weiterer Forschungsbereich sind Automatenlogiken. Es wird untersucht, inwieweit die Automaten- oder Partitionslogik mit der Quantenlogik übereinstimmt.
Vortrag: A8, B16
Paper: 2, 6, 14, 15

4.2.5  Publikationen aus Nichtlinearer Dynamik und Physik komplexer Systeme

  1. D.G. Arbó, M.S. Gravielle, J.E. Miraglia, J.C. Eckardt, G.H. Lantschner, M. Famá, N.R. Arista
    Energy straggling of protons through thin foils
    Phys. Rev. A 65, 042901-1-042901-6 (2002)

  2. N. Donath, K. Svozil
    Optimal tests of quantum nonlocality
    Phys. Rev. A 65, 044302-1-044302-4 (2002)

  3. Z. Ficek, J. Seke, A. Soldatov, G. Adam, and N. N. Bogolubov
    Absorption and dispersion by a multiple driven two-level atom
    Eur. Phys. J. D 19, 411-419 (2002)

  4. G. Gergely, M. Menyhárd, Z. Benedek, A. Sulyok, L. Kövér, J. Tóth, D. Varga, Z. Berényi, K. Tökési
    Recoil broadening of the elastic peak in electron spectroscopy
    Vacuum 61, 107-111 (2001)

  5. M.S. Gravielle, D.G. Arbó, J.E. Miraglia
    Binary contribution to the stopping in fast ion-surface collisions
    Nucl. Instr. and Meth. B 182, 29-35 (2001)

  6. D. Greenberger, K. Svozil
    A quantum mechanical look at time travel and free will
    in Between Chance and Choice, ed. by H. Atmanspacher, R. Bishop (Imprint Academic, Thorverton 2002), pp. 293-308

  7. M. Hörndl, S. Yoshida, K. Tökési, J. Burgdörfer
    Low energy electron-ion recombination in a magnetic field: The role of chaotic dynamics
    in Physics of Photonic, Electronic and Atomic Collisions, ed. by C.R.Vane et al. (Rinton, New York 2002), pp. 324-328

  8. B. Paripás, G. Vitéz, G. Víkor, K. Tökési, L. Gulyás
    Auger-electron lineshapes in electron impact ionization: a calculation for non-coincidence experiments
    J. Phys. B 34, 3301-3312 (2001)

  9. L. Sarkadi, L. Lugosi, K. Tökési, L. Gulyás, A. Kövér
    Study of the transfer ionization process by observing the electron cusp in 100-300 keV He2+ +He collisions
    J. Phys. B 34, 4901-4917 (2001)

  10. J. Seke
    Drastic violation of the U-matrix boundary condition by quantum-field theoretical on-shell renormalization and a new consistent renormalization concept involving bound-state problems
    Physica A 312, 392-420 (2002)

  11. H.-J- Stöckman, E. Persson, Y.-H. Kim, M. Barth, U. Kuhl, I. Rotter
    Effective Hamiltonian for a microwave billiard with attached waveguide
    Phys. Rev. E 65, 0621-1-0621-10 (2002)

  12. B. Sulik, Cs. Koncz, K. Tökési, A. Orbán, A. Kövér, S. Ricz, J.-Y. Chesnel, N. Stolterfoht, D. Berényi
    Hot electrons from intermediate velocity C++ inert gas collisions: Experimental signatures of Fermi-shuttle ionization
    in Physics of Photonic, electronic and Atomic Collisions, ed. by C.R. Vane et al. (Rinton, New York 2002), pp. 567-570

  13. B. Sulik, C. Koncz, K. Tökési, A. Orbán, D. Berényi
    Evidence for Fermi-shuttle ionization in intermediate velocity C+ +Xe collisions
    Phys. Rev. Lett. 88, 073201-073204 (2002)

  14. K. Svozil
    Conventions in relativity theory and quantum mechanics. A a complete proof of Alexandrov\'s theorem using methods of affine geometry.
    Foundations of Phys. 32, 497-502 (2002)

  15. K. Svozil
    Quantum information in base n defined by state partitions
    Phys. Rev. A 6, 044306-1-04306-3 (2002)

  16. D. Varga, K. Tökési, Z. Berényi, J. Tóth, L. Kövér, G. Gergely, A. Sulyok
    Energy shift and broadening of the spectra of electrons backscattered elastically from solid surfaces
    Surf. Interface Anal. 31, 1019-1026 (2001)

4.2.6  Vorträge aus Nichtlinearer Dynamik und Physik komplexer Systeme

A. Eingeladene Vorträge

  1. J. Burgdörfer
    Chaos und Quantenmechanik
    Akademiesitzung der Math.-Nat. Klasse, Österr. Akademie der Wissenschaften, Wien, (Austria)
    24.4.2002

  2. J. Burgdörfer
    Quantum trajectories of stochastic Schrödinger equations
    Festkolloquium, Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin, Berlin, (Germany)
    2.11.2001

  3. J. Burgdörfer
    Quantum trajectories of stochastic Schrödinger equations
    Kolloquium, Institute for Nuclear Physics, Hungarian Academy of Science, Debrecin, (Hungary)
    6.12.2001

  4. J. Burgdörfer, T. Minami, C.O. Reinhold
    Quantum Monte Carlo approach of internal states of HCI's traversing amorphous foils
    11th International Conference on Highly Charged Ions, Caen, (France)
    3.9.2002

  5. M. Hörndl, S. Yoshida, K. Tökési, J. Burgdörfer
    Enhancement of electron-ion recombination in cold magnetized plasmas
    Workshop on Atomic Physics and X-Ray Free Electron-Laser Related Dynamics, Dresden, (Germany)
    13.12.2001

  6. M. Hörndl, S. Yoshida, K. Tökési, J. Burgdörfer
    Low energy electron-ion recombination in a magnetic field: The role of chaotic dynamics
    23. Arbeitskreis Energiereiche Atomare Stöße, Riezlern, (Austria)
    20.2.2002

  7. S. Rotter, B. Weingartner, J. Burgdörfer
    Ballistic quantum transport at high magnetic fields
    Int. Workshop on Chaos and Interactions in Complex Systems, Regensburg, (Germany)
    10.9.2002

  8. K. Svozil
    Automata models of quantized systems
    6th International Conference on Developments in Language Theory (DLT), Kyoto, (Japan)
    21.9.2002

  9. S. Yoshida, F. Großmann, E. Persson, J. Burgdörfer
    Semiclassical analysis of the kicked Rydberg atom
    23. Arbeitskreis Energiereiche Atomare Stöße, Riezlern, (Austria)
    19.2.2002

B. Sonstige Tagungsbeiträge

  1. Z. Berényi, K. Tökési, J. Tóth, J. Burgdörfer
    Electron energy loss spectra of germanium
    Werner Brandt Workshop Particle and Wave Penetration in Condensed Matter, Universitaires Notre-Dame de la Paix, Namur, (Belgium)
    29.6.2002

  2. Z. Ficek, J. Seke, A.V. Soldatov, G. Adam, and N.N. Bogolubov, Jr.
    Absorption and dispersion by a multiple driven two-level atom
    Jahrestagung der Österreichischen Physikalischen Geselschaft, Leoben, (Austria)
    26.9.2002

  3. M. Hörndl, S. Yoshida, K. Tökési, J. Burgdörfer
    Low energy electron-ion recombination in a magnetic field
    XVIII International Conference on Atomic Physics, Cambridge, (USA)
    1.8.2002

  4. L. Lugosi, B. Paripás, I. Gyémént, K. Tökési
    Differential cross sections for positron impact excitation of hydrogen
    2nd Conference on the Elementary Processes in Atomic Systems, Gdansk, (Poland)
    3.9.2002

  5. T. Minami, C.O. Reinhold, J. Burgdörfer
    Open quantum system approach for hydrogenic ions subject to multiple collisions and the interactions with the radiation field
    Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics, Williamsburg, Virginia, (USA)
    29.5.2002

  6. T. Minami, C.O. Reinhold, J. Burgdörfer
    Quantum trajectory Monte Carlo Method for multilevel coherent radiative decay
    XVIIIth International Conference on Atomic Physics, Cambridge, (USA)
    29.7.2002

  7. E. Persson, S. Puschkarsky, J. Burgdörfer
    Towards a train of as half-cycle pulses
    Summerschool for Optimal Femtosecond Laser Control of Microscopic Dynamics, Physikzentrum Bad Honnef (Deutschland)
    Sep. 22-27, 2002

  8. E. Persson, S. Yoshida, X.-M. Tong, C.O. Reinhold, J. Burgdörfer
    Suppression of ionization in the periodically kicked Rydberg atom
    XVIIIth International Conference on Atomic Physics, Cambridge, (USA)
    30.7.2002

  9. C.O. Reinhold, P. Krstic, J. Burgdörfer
    High-order harmonic generation by saddle-point promotion
    Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics, Williamsburg, Virginia, (USA)
    31.5.2002

  10. N. Rohringer, N. Macris, J. Burgdörfer
    Bargmann representation of Landau levels in two-dimension - the weak levitation effect
    DPG-Schule für Physik 2001, Bad Honnef, (Germany)
    11.10.2001

  11. S. Rotter, B. Weingartner, N. Rohringer, L. Wirtz, J. Burgdörfer
    Ballistic magnetotransport through quantum dots
    Kurs, Bad Honnef, (Germany)
    7.10.2001

  12. J. Seke, A.V. Soldatov, N.N. Bogolubov, Jr. and G. Adam
    The complete treatment of the time evolution in the case of a discretized atom-field interaction model
    Jahrestagung der Österreichischen Physikalischen Geselschaft, Leoben, (Austria)
    26.9.2002

  13. C. Stampfer, L. Wirtz, S. Rotter, J. Burgdörfer
    Semiclassical theory for transmission through open billards: convergence towards quantum transport
    Workshop on Mesoscopic Physics and Electron Interaction, Trieste, (Italy)
    26.6.2002

  14. C.L. Stokely, A.K. Pattanayak, F.B. Dunning, D.G. Arbó, C.O. Reinhold, J. Burgdörfer, S. Yoshida
    Transit phase-space localization of quasi-one-dimensional Rydberg wavepackets
    Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics, Williamsburg, Virginia, (USA)
    31.5.2002

  15. B. Sulik, C. Koncz, K. Tökési, A. Orbán, Á. Kövér, S. Ricz, J.Y. Chesnel, N. Stolterfoht, D. Berényi
    Hot electrons from ion-atom collisions: Fermi-shuttle type scattering
    HCI-2002, Caen, (France)
    4.9.2002

  16. K. Svozil
    Logical equivalence between generalized urn models and finite automata
    Quantum Structures 2002, Vienna, (Austria)
    5.7.2002

  17. H. Tawara, E. Takács, L.P. Ratliff, J.D. Gillaspy, U.I. Safranova, K. Tökési
    Cascade transition x-rays from electron capture into highly charged ions in collisions with neutral targets
    HCI-2002, Caen, (France)
    5.9.2002

  18. S. Yoshida, F. Großmann, E. Persson, J. Burgdörfer
    Semiclassical analysis of the kicked Rydberg atom
    Int. Workshop on Chaos and Interactions in Complex Quantum Systems, Regensburg, (Germany)
    11.9.2002

C. Vorträge an Universitäten und Forschungsinstitutionen

  1. D. Arbó
    Coherences in Rydberg atoms
    Institute of Astronomy and Space Physics, Buenos Aires, (Argentina)
    1.8.2002

  2. E. Persson
    The 3D kicked Rydberg atom
    Lund University, Lund, (Sweden)

  3. E. Persson
    The 3D kicked Rydberg atom
    MPI-PKS, Dresden, (Germany)

  4. E. Persson
    The kicked Rydberg atom
    Nordita, Copenhagen, (Denmark)

  5. S. Yoshida
    Localization in semiclassics: periodically kicked Rydberg atom
    Technical University Dresden, Dresden, (Germany)
    4.12.2001

  6. S. Yoshida
    Quantum localization of the kicked Rydberg atom
    Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Science, Debrecen, (Hungary)
    25.10.2001

  7. S. Yoshida
    Quantum localization of the periodically kicked Rydberg atom
    Osaka City University, Osaka, (Japan)
    7.1.2002

4.3  Theorie kondensierter Materie

Die Aktivitäten im Bereich der Theorie der kondensierten Materie betreffen einerseits die Entwicklung neuer quantenmechanischer, mathematischer und statistisch-mechanischer Methoden zur Berechnung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von geordneten und ungeordneten Materialien: sie dienen zum Studium der Festkörperoberflächen und der Beschreibung von komplexen Prozessen in Materialien und ihre Umsetzung in effiziente Software. Andererseits werden diese Methoden auf Problemstellungen von fundamentalem wie auch technologischem Interesse angewandt; hierzu gehören u.a. folgende Themenbereiche: exakt lösbare Modellsysteme, Untersuchungen der strukturellen und thermodynamischen Eigenschaften von Materialien, Phasenverhalten einfacher Systeme, Beschreibung magnetischer Eigenschaften von Modellsystemen, Untersuchung dynamischer Wechselwirkungsprozesse zwischen Oberflächen und geladenen Teilchen und Photonen und elektrischer Transporteigenschaften durch sogenannte Quantendots auf der Meso- und Nano-Skala.

4.3.1  Mathematische Grundlagen und Gruppentheorie

Gegenstand der Mathematischen Grundlagen der Theoretischen Festkörperphysik ist die Analyse mathematischer Modelle, die physikalische Phänomene beschreiben. Sie umfaßt daher jenen Teil der Theoretischen Festkörphysik, in dem man mit mathematisch strengen Methoden aus genau definierten Grundannahmen exakte Ergebnisse ableitet. Das Ziel ist dabei nicht nur, möglichst alle Probleme der Theoretischen Festkörphysik mathematisch einwandfrei zu formulieren, sondern auch Verallgemeinerungen systematisch zu erforschen.

Die Gruppentheorie beschäftigt sich mit den algebraischen und analytischen Strukturen von Gruppen und ihren Darstellungen. Die meisten physikalischen Probleme weisen gewisse räumliche/zeitliche Symmetrien auf, d.h. die Grundgleichungen sind gegen bestimmte Transformationen invariant. Aus diesen Symmetrien lassen sich oft ohne genauere Festlegung des physikalischen Systems weitreichende Schlüsse auf die Gestalt der Lösungen ziehen. Es ist zweckmäßig diese allgemeinen Aussagen von jenen zu trennen, die für das betrachtete System spezifisch sind.

Software Pakete für Raumgruppen

Davies 37 , Dirl, Zeiner 38
Unter einer Raumgruppe eines Kristalls versteht man alle räumlichen Transformationen, die den Kristall in sich selbst überführen. Der Anwendungsbereich der entwickelten Software Pakete umfaßt alle gewöhnlichen Raumgruppen.

Die Software Pakete erlauben nicht nur theoretische Untersuchungen (algebraische Eigenschaften, Gruppen-Untergruppen Beziehungen, Klassifikation von Wyckoff-Positionen bei Symmetriereduktion, Identifikation von Untergittern, Orbit-Splitting von Layer- und Rod-Gruppen, Darstellungstheorie, Subduktions- und Clebsch-Gordan Matrizen), sondern auch praktische Anwendungen (Analyse von Domänstrukturen bei Phasenübergängen, Symmetrisierung ebener Wellen, Berechnung von Auswahlregeln).

N-dimensionele kristallografie

Zeiner, Janssen 38
We onderzoeken de symmetrien en structurele eigenschappen van quasiperiodieke structuren (inkommensurabele gemoduleerde en zamengestelde structuren, quasikristallen). Dat kan op verschillende manieren. Bÿvoorbeeld door het inbedden in een zogenaamde superruimte: Je construeert dan een periodieke structuur wiens symmetrien je met behulp van n-dimensionele ruimtegroepen (``superruimtegroepen'') kan bestuderen. Maar je kan de aperiodieke structuren ook in het fysische ruimte zelf (zonder het invoeren van extra dimensies) bekÿken. Dit kan met verschillende methodes van de getallentheorie (algebraïsche getallen). Beide methodes hebben hun eigen waarde en worden van ons toegepast.

Er zijn cooperaties met T. Janssen (Nijmegen, Netherlands), M. Baake (Greifswald, Germany) en J. Patera (Montreal, Canada).
Vortrag: A8, B22

Cluster-Analyse in Datenmengen

E. Schöll-Paschinger 39 , J. Schöll 40
Eine neue graphentheoretische Methode wurde entwickelt, um Datenmengen zu analysieren. Die Methode basiert auf der Erzeugung von 'random walks' in der Datenmenge. Diese 'random walks' werden dadurch erzeugt, daß bei jedem Zeitschritt zufällig von einem Objekt der Menge zum nächsten fortgeschritten wird; dabei werden Einschränkungen miteinbezogen, die die vorhergehenden Schritte berücksichtigen.
Paper: 11
Projekt: W004

4.3.2  Physik des flüssigen Zustandes

Ziel der in diesem Abschnitt vorgestellten Arbeiten ist die Untersuchung der thermodynamischen und strukturellen Eigenschaften klassischer Flüssigkeiten und ihrer Mischungen. Die dabei von uns entwickelten oder verwendeten Verfahren sind Integralgleichungsverfahren und thermodynamische Störungstheorien. Obwohl die Verfahren dieser beiden Klassen vom physikalischen Standpunkt aus gesehen auf unterschiedlichen Grundlagen basieren, liefern die verschiedenen Methoden - dank sehr verfeinerter Konzepte und verläßlicher numerischer Algorithmen - Ergebnisse, die innerhalb der numersichen Genauigkeit übereinstimmen. Der Vergleich mit Computersimulationen oder mit experimentellen Streudaten zeigt im allgemeinen eine sehr befriedigende Übereinstimmung.

Struktur und Thermodynamik einfacher Flüssigkeiten und ihrer Mischungen

Leroch, Kahl, Kalyushnyi 41
Weiterentwicklungen konventioneller Flüssigkeitstheorien wurde vor allem im Bereich der polydispersen flüssigen Mischungen durchgeführt. Die Arbeiten an der 'optimzed random phase approximation' (ORPA) - einer thermodynamischen Störungstheorie - wurden abgeschlossen, das Programmpaket wurde in zahlreichen Anwendungen eingehend getestet. Neure Arbeiten widmen sich der Lösung der 'mean spherical approximation' (MSA) unter weitgehender Verwendung der analytischen Lösung der MSA für eine Mehrkomponentenmischung.
Projekt: FWF P13062-TPH, FWF P14371-TPH, Bundesministerium

Struktur und Thermodynamik von Flüssigkeiten in porösen Medien

Schöll-Paschinger 39, Kahl, Levesque 42 , Weis 42, Jorge 43 , Fernaud 43
Die Methoden zur Berechnung der strukturellen und thermodynamischen Eigenschaften von Flüssigkeiten in Kontakt mit einer porösen Matrix wurden auf komplexere Systeme ausgeweitet: einerseits können nun Matrix und Flüssigkeit polydisperse Mischungen sein, andererseits können auf Matrix- und Flüssigkeitsteilchen auch Ladungen und Dipolmomente berücksichtigt werden; damit besteht die Möglichkeit, technologisch relevante Systeme besser zu beschreiben. Erste Vergleiche mit Computersimulationen haben sehr gute Übereinstimmung gezeigt.
Paper: 1
Projekt: FWF W004, FWF P13062-TPH, FWF P14371-TPH, Projekt Amadée IV.6

Selbstkonsistente Verfahren in der Flüssigkeitsphysik

Reiner, Schöll-Paschinger 39, Kahl, Mladek 44 , Neumann 44, Stell 45
Herkömmliche Verfahren in der Flüssigkeitstheorie (wie Integralgeichungsverfahren oder thermodynamische Störungstheorien) können das Verhalten von Flüssigkeiten in der Nähe der Phasentrennungskurve und in der Nähe des kritischen Punktes zwar qualitativ, aber nicht quantitativ richtig beschreiben; der Grund dafür liegt in der Tatsache, daß diese Methoden die langreichweitigen Fluktuationen, die bei Phasenübergängen charakteristisch sind nicht berücksichtigen. Die Implementierungen von zwei Konzepten, die selbst im kritischen Bereich quantitativ richtige Ergebnisse liefern ('hierarchical reference theory' - HRT und 'self-consistent Ornstein-Zernike approximation' - SCOZA) wurden weitgehend abgeschlossen und auf (Modell-)Systeme der Flüssigkeitstheorie angewendet. Im speziellen wurde begonnen, die SCOZA auf das 'Gaussian core model' zu erweitern.
Vortrag: B9, B10, B13, B7, C1
Projekt: FWF W004, FWF P13062-TPH, FWF P15758-TPH

Asymptotisches Verhalten von Paarverteilungsfunktionen und von Dichteprofilen

Gutlederer, Kahl, Reiner, Schöll-Paschinger 39, Evans 46
Aus den Nullstellen der Laplace-Transformierten der Paarverteilungsfunktionen einer homogenen Flüssigkeit (oder flüssigen Mischung) kann man auf das Verhalten dieser Funktionen bei langen Reichweiten schließen, wobei entweder ein abfallend-oszillierendes oder ein exponentiell gedämpftes Verhalten beobachtet wird. Diese Beobachtungen gelten nicht nur für das homogene Systen sondern z.B. auch für das Dichteprofil des entsprechenden inhomogenen Systems. Unsere Arbeiten haben sich auf die Untersuchung einer binären Hartkugel-Yukawa Mischung konzentriert, wo aufgrund des komplexen Phasendiagramms des Systems eine sehr komplizierte Struktur jener Gebiete zu erwarten ist, wo die Paarverteilungsfunktionen die beiden verschiedenen langreichweiten Verhalten zeiten.
Paper: 14, 15
Projekt: FWF P15758-TPH

'depletion potential' in binären Kolloid-Polymer Mischungen

Winkler, Kahl, Roth 47
Sind die Teilchengrößen in einer binären flüssigen Mischung stark verschieden, so kommt es - als Folge des s.g. 'excluded volume' Effekts - zu einem anziehenden effektiven Paarpotential ('depletion potential') zwischen den großen Flüssigkeitsteilchen; dies gilt auch, wenn alle Paarpotentiale der binären Mischung rein abstoßend sind. Experimentell läßt sich eine derartige Situation etwa mit Hilfe von Kolloid-Polymer Mischungen realisieren. Für das theoretische Modell ist es am zweckmäßigsten, eine asymmetrischen Mischungen harter Kugeln zu betrachten. Mit Hilfe der klassischen Dichtefunktionaltheorie lassen sich derartigen Systeme am einfachsten beschreiben, die 'depletion potentials' werden numerisch aus den Funktionalableitungen des Dichtefunktionals bestimmt.
Vortrag: B21
Projekt: FWF P13062-TPH

4.3.3  Phasenübergänge in der 'soft condensed matter' Physik

Das Phasendiagramm einfacher Systeme, die in unserer Arbeitsgruppe untersucht werden (wie etwa atomare Flüssigkeiten, Kolloide, Polymere, etc.) kann - je nach Wechselwirkungstyp - sehr komplexe Formen annehmen: so werden neben dem wohlbekannten, van der Waals-ähnlichen Phasenverhalten, auch Phasendiagramme beobachtet, bei denen ein direkter Übergang von der gasförmigen in die feste Phase oder isostrukturelle fest-fest Phasenübergänge möglich sind. Die Vielfalt derartiger Phasendiagramme ist natürlich im Fall binärer Flüssigkeiten noch viel größer. Ziel dieses Arbeitsbereiches ist es, basierend auf Methoden der Flüssigkeitstheorie das Phasenverhalten derartiger Systeme vorherzusagen und mit jenem experimentell untersuchten Systemen zu vergleichen.

Konstruktion klassischer Dichtefunktionale in der Flüssigkeitsphysik

Tutschka, Kahl, Cuesta 48, Roth 47
Die Kenntnis verläßlicher Dichtefunktionale ist unerläßlich für die Beschreibung von Erstarrungsphänomenen in der Flüssigkeitsphysik. Basierend auf einer Idee von Percus wurde, ausgehend von der direkten Korrelationsfunktion der homogenen Flüssigkeit, ein Dichtefunktional für ein- und zweidimensionale Systeme mit beliebiger kurzreichweitiger Wechselwirkung konstruiert. Aus (semi-empirischen) Parametrisierungen der Zustandsgleichungen von Mischungen harter Kugeln, wurden ebenfalls Dichtefunktionale ermittelt. Der Vergleich der Ergebnisse für strukturelle und thermodynamische Eigenschaften mit Daten aus Computersimulationen zeigt eine deutliche Verbesserung gegenüber bislang verwendeter Dichtefunktionale.
Vortrag: B19, B20, C4
Projekt: FWF P13062-TPH, FWF J2076, FWF J2218

Phasenverhalten einfacher Flüssigkeiten und ihrer Mischungen

Gottwald, Gutlederer, Leroch, Reiner, Schöll-Paschinger 39, Winkler, Kahl, Likos 46, Roth 47
Mit Hilfe flüssigkeitstheoretischer Methoden lassen sich die Übergänge von der flüssigen in die gasförmige Phase mit Hilfe der bekannten Gleichgewichtsbedingungen einfach berechnen. Zur Beschreibung des festen Zustandes greift man im allgemeinen auf die klassische Dichtefunktionaltheorie zurück und betrachtet den Festkörper als eine hochgeordnete, stark inhomogene flüssige Phase. Zur (näherungsweisen) Konstruktion der benötigten Dichtefunktionale werden derzeit bekannte Modelle (WDA, 'modified' WDA - MWDA, etc.) verwendet, bzw. neue Modelle vorgeschlagen. Für Systeme mit kurzreichweitigen Wechselwirkungen ('square-well'-, 'square-shoulder'-, Yukawa-Potentiale) wurden isostrukturelle fest/fest Übergänge untersucht und mit Ergebnissen aus Computersimulationen verglichen. Mit Hilfe einer einfachen van der Waals Theorie und der 'optimized random phase approximation' (ORPA) wurde das Phasendiagramm (flüssig-gasförmige Übergänge) von polydispersen Mischungen untersucht, die MSA wurde zur Bestimmung des Phasenverhaltens einer binären Hartkugel-Yukawa Mischung verwendet. Die ORPA wurde zur Berechnung des Phasenverhaltens von Systemen mit 'depletion forces' adaptiert. Die 'self-consistent Ornstein-Zernike approximation' wurde zur Berechnung der kompletten Phasendiagramme von Fullerenen und einer binären symmetrischen Mischung von Hartkugel-Yukawa Flüissigkeiten herangezogen. Mit Hilfe der 'hierarchical reference theory' wurde das kritische Verhalten einerfacher Flüssigkeiten quantitativ untersucht ('rectilinear diameter', Yang-Yang Anomalien, ...).
Vortrag: A6, B8, B11, B12
Projekt: FWF W004, FWF P13062-TPH, FWF P14371-TPH, FWF P15758-TPH Projekt, Amadée IV.6

Phasenverhalten binärer Flüssigkeiten in porösen Medien

Schöll-Paschinger 39, Kahl, Levesque 42, Weis 42, Jorge 43, Fernaud 43
Die Untersuchungen von Phasendiagrammen binärer flüssiger Mischungen in Kontakt mit einer porösen Matrix wurden auf komplexere Systeme erweitert: bei der Matrix wurde Polydispersität berücksichtigt, bei den Wechselwirkungen der Flüssigkeitsteilchen wurden Ladungen und Dipolmomente berücksichtigt. Erste Vergleiche mit Daten aus großkanonischen Monte-Carlo Simulationen zeigen eine sehr zufriedenstellende Übereinstimmung. Darüber hinaus wurde Polydispersität (Grøße und Wechselwirkung) bei den Flüssigkeits- und Matrixteilchen berücksichtigt; an einem Programm zur Lösung der Gleichgewichtsbedingungen wird gearbeitet.
Vortrag: A7
Paper: 1, 4
Projekt: FWF W004, FWF P14371-TPH, Projekt Amadée IV.6

Genetischer Algorithmus zur Bestimmung von Gleichgewichtsstrukturen

Gottwald, Kahl, Dirl, Likos 46
Mit Hilfe der klassischen Dichtefunktionaltheorie läßt sich jene kristalline Struktur, in die die Flüssigkeit beim Erstarren übergeht nur dadurch bestimmen, indem man die Gleichgewichtsenergien kompetierender Kristallstrukturen vergleicht. Mit Hilfe eines genetischen Algorithmus gelang es erstmals, die Gleichgewichtsstruktur direkt vorherzusagen. Dabei wird - unter Ausnützung gruppentheoretischer Methoden - das allgemeine Grundgitter in einem Code (Gen) zusammengefaßt; daraufhin wird mit Hilfe einer Gewichtsfunktion (die die Energie der entsprechenden Struktur berücksichtigt) eine Folge von Genen kreiert: jene Gene, die hochenergetischen Strukturen entsprechen 'sterben' dabei aus, jene Gene, die niedrig energetischen Strukturen enstprechen 'überleben'. Bei Anwendungen auf einfache Modellsysteme (geladene und neutrale Sternpolymere) hat sich gezeigt, daß mit Hilfe dieses Verfahrens auch Strukturen 'entdeckt' werden, die bislang bei konventionellen Verfahren nicht berücksichtigt wurden.
Projekt: FWF P14371-TPH, FWF P15758-TPH

Phasenverhalten magnetischer Modellsysteme

Schöll-Paschinger 39, Kahl, Stell 49, Kierlik 50
Die Formalismen, die zur Beschreibung des Phasenverhaltens und der Kritikalität von Flüssigkeiten (und deren Mischungen) in unserer Gruppe entwickelt wurden, lassen sich für magnetische Modellsysteme (Ising-, Potts-Modell, etc.) verallgemeinern. Die Arbeiten am Programmsystem wurden im Berichtzeitraum fortgesetzt.
Projekt: FWF W004, FWF P15758-TPH

4.3.4  Ion - Oberflächen Wechselwirkung

Die Streuung von Ionen an Oberflächen ist mit einer Vielzahl von inelastischen Prozessen verbunden, die den Response der Oberfläche auf ein starkes zeitabhängiges Coulombfeld proben. Von besonderem Interesse sind dabei hochgeladene Ionen, für die die in den Streuprozeß eingebrachte reaktive potentielle Energie größer sein kann als die kinetische Energie der Translationsbewegung. In diesem Grenzfall ist nicht mehr die Stoßgeschwindigkeit, sondern der Ladungszustand und das Ionisationspotential die entscheidende Größe, die über den Ablauf des Streuprozesses entscheidet. Vergleichende Untersuchungen für Metalle, Halbleiter und Isolatoroberflächen geben Aufschluß über Unterschiede der dielektrischen Antwort und Abschirmung sowie den Ladungstransfer.

Neutralization of highly charged ions near a LiF surface

Burgdörfer, Lemell, Wirtz, Reinhold 26
We have performed simulations of the neutralization of highly charged ions in front of a Lithium-Fluoride surface including the close-collision regime above the surface. The present approach employs a Monte-Carlo solution of the Liouville master equation for the joint probability density of the ionic motion and the electronic population of the projectile and the target surface. It includes single as well as double particle-hole (de)excitation processes and incorporates electron correlation effects through the conditional dynamics of population strings. The input in terms of elementary one- and two-electron transfer rates is determined from CTMC calculations as well as quantum mechanical Auger calculations. For slow projectiles and normal incidence, the ionic motion depends sensitively on the interplay between image acceleration towards the surface and repulsion by an ensemble of positive hole charges in the surface (``trampoline effect''). For Ne10+ we find that image acceleration is dominant and no collective backscattering high above the surface takes place. For grazing incidence, our simulation delineates the pathways to complete neutralization. In accordance with recent experimental observations, most ions are reflected as neutral or even as singly charged negative particles, irrespective of the charge state of the incoming ions.
Vortrag: A1, A2, A4
Arbeit: Dissertation: 8.2

Towards a Full Three Dimensional Quantum Mechanical Simulation of Interactions of Ions with Metal Surfaces

Burgdörfer, Lemell, Tong 25
We aim at the description of electronic excitations and electron transfer processes in scattering of ions at metal surfaces on a quantum mechanical level. We perform calculation within the framework of time-dependent density functional theory (TDDFT). The ground state wave functions of the system which are calculated using density functional theory are propagated in the external field. In a first step, we compare results of our code to predictions of the (semi-) classical over the barrier (COB) model which has been very successful in describing ion-metal interaction processes. Testing the essential ingredients of this model (e.g., the distance at which the first electron transfer to the projectile takes place) will help to determine its range of validity.
Vortrag: C5, B2
Paper: 12
Projekt: FWF Projekt ``Interaction of Highly Charged Ions with Surfaces''

Laser-Solid Interaction

Burgdörfer, Lemell, Tong 25, Rohringer, Peter
We investigate photoelectron emission induced by an intense, few-cycle laser pulse from a metal surface (jellium) within the framework of time-dependent density functional theory. As a result, we find a pronounced dependence of the photocurrent on the absolute phase j of the laser pulse. This effect could open up a promising route to measuring j of few-cycle light pulses at moderate intensity levels using a solid-state device.
Vortrag: A3, B4
Projekt: SFB 016-FWF

Scattering of highly charged ions at microcapillaries

Burgdörfer, Tökési, Sulik 29, Lemell, Palfinger
Transmission of highly charged ions through microcapillaries is studied theoretically by a classical trajectory simulation based on the classical-over-the-barrier model. We found the resulting charge state distribution of transmitted projectiles in good agreement with measurements. We analyze the distribution of the mean occupation numbers of n shells of highly charged ions. We investigate the angular distribution of the transmitted projectile ions and the correlation between scattering angle and hollow-atom formation.
Vortrag: B6, B16
Paper: 13

Friction force for charged particles at large distances from metal surfaces

Burgdörfer, Tökési
We have developed a theoretical study of the dissipative component of the force acting on the moving highly charged ions in front of the metal surface. The friction force (stopping power) of the surface is analyzed at large distances from the surface using time-dependent density functional theory. The contributions of particle-hole and plasmon excitations are discussed and compared with the well-known form derived from the classical specular-reflection model.
Vortrag: A1, B17, B18

4.3.5  Ion-Festkörper-Wechselwirkung

Transport of relativistic highly charged ions through thin foils

Burgdörfer, Seliger, Tökési, Reinhold 26, Minami 26
The transport of swift highly charged hydrogenic ions through thin self-supporting foils provides a testing ground for the description of the interaction of the internal degrees of freedom of a system (the atom) embedded in an environment, the solid, which causes strong perturbations of the system. By calculating the emission of convoy electrons by means of a classical Monte Carlo simulation we investigate the relative role of elastic and inelastic collisions during the random walk of the projectile electron. Using a quantum mechanical description of the projectile atomic system we analyze various aspects of the projectile-solid interaction. These are the mixing of bound states due to induced polarizations in the solid, radiative decay and collisional redistribution of the electronic population. A quantum trajectory Monte Carlo simulation has been implemented for collision systems where these effects are of a comparable strength (for example: Kr35+ on amorphous carbon at an energy of 60 MeV/amu) allowing a detailed study of the projectile-solid interaction. Comparison with experimental data show a good agreement with our results.
Vortrag: A4, B14, B15, B6, B5
Paper: 8, 7
Projekt: FWF Projekt: ``Quantenmechanische Transporttheorie''

4.3.6  Publikationen aus Kondensierter Materie

  1. M.-J.Fernaud, E. Lomba. J.-J. Weis
    Adsorption of a diatomic molecular fluid into random porous media
    Phys. Rev. E 64, 051501-051510 (2001)

  2. R. Grössinger, M. Küpferling, P. Kasperkovitz, A. Wimmer, M. Taraba, W. Scholz, J. Dudding, P.Lethuillier, J. C. Toussaint, B. Enzberg-Mahlke, W. Fernengel, G. Reyne Eddy currents in pulsed field measurements
    J.Magn.Magn.Mater. 242-245, 911-914 (2002)

  3. J.J. Hawkes, W.T. Coakley, M. Gröschl, E. Benes, S. Armstrong, P.J. Tasker, H. Nowotny
    Single half-wavelength ultrasonic particle filter: Predictions of the transfer matrix multilayer resonator model and experimental filtration results
    J. Acoust. Soc. Am. 111, 1259-1266 (2002)

  4. G. Kahl, E. Schöll-Paschinger, G. Stell
    Phase transition and critical behavior of simple fluids and their mixtures
    J. Phys: Cond. Matt. 14, 9153-9170 (2002)

  5. G. Kahl, E. Schöll-Paschinger, A. Lang
    Phase transitions and critical behavior of binary liquid mixtures
    Chem. Monthly 132, 1413-1432 (2001)

  6. P. Lemell, C. Lemell, P. Snelderwaard, M. Gumpenberger, R. Wocheslaender, J. Weisgram
    Feeding patterns of Chelus fimbriatus (Pleurodira: Chelidae)
    J. Exp. Biol. 205, 1495-1506 (2002)

  7. T. Minami, C. Reinhold, M. Seliger, J. Burgdörfer, C. Fourment, B. Gervais, J.-P. Rozet, D. Vernhet
    Evidence of collisional coherences in the transport of hydrogenic Krypton through amorphous carbon foils
    Nucl. Instr. and Meth. B 193, 79-84 (2002)

  8. T. Minami, C. Reinhold, M. Seliger, J. Burgdörfer, C. Fourment, B. Gervais, E. Lamour, J-P. Rozet, D. Vernhet
    Quantum transport of Kr35+ ions through amorphous carbon foils
    Phys. Rev. A 65, 032901-1-032901-11 (2002)

  9. A. Reiner, G. Kahl
    Implementation of the hierarchical reference theory for simple one-component fluids
    Phys. Rev. E 65, 046701-1-046701-13 (2002)

  10. A. Reiner, G. Kahl
    The hierarchical reference theory as applied to square well fluids of variable range
    J. Chem. Phys. 117, 4925-4935 (2002)

  11. J. Schöll, E. Paschinger
    Cluster analysis with restricted random walks
    in Classification, Clustering and Data Analysis, ed. by K. Jajuga, A. Sokolowski, H.-H. Bock (Springer, Heidelberg 2002), pp. 113-120

  12. X.-M. Tong, S. Chu, T. Watanabe, S. Ohtani, J. Burgdörfer
    Self-interaction free time-dependent density functional theory for atomic collisions: From photons to highly charged ions
    in Physics of Photonic, Electronic and Atomic Collisions, ed. by C.R.Vane et al. (Rinton, New York 2002), pp. 739-750

  13. K. Tökési, L. Witz, C. Lemell, X.-M. Tong, J. Burgdörfer
    Scattering of highly charged ions at microcapillaries
    in Physics of Photonic, Electronic and Atomic Collisions, ed. by C.R. Vane et al. (Rinton, New York 2002), pp. 580-591

  14. C. Tutschka, G. Kahl, E. Riegler
    Analytic representations for the radial distribution functions of a mixture of adhesive spheres
    Mol. Phys. 100, 1025-1032 (2002)

  15. C. Tutschka, G. Kahl
    Pole topology of the structure functions of continuous systems
    Phys. Rev. E 65, 051104-1-051104-6 (2002)

4.3.7  Vorträge aus Kondensierter Materie

A. Eingeladene Vorträge

  1. J. Burgdörfer
    Highly charged ion-matter interactions at low velocities
    11th International Conference on Highly Charged Ions, Caen, (France)
    5.9.2002

  2. J. Burgdörfer
    Interaction of atomic molecular and cluster ions with matter
    Workshop on Nuclear Science: Impact, Applications, Interaction, Dourdan, (France)
    22.11.2001

  3. J. Burgdörfer
    Interaction of ultrashort laser pulses with a Jellium surface
    Heraeus Seminar on Highly Correlated States in Molecules, Atoms and Nuclei, Bad Honnef, (Germany)
    4.6.2002

  4. J. Burgdörfer
    Simulation codes for highly-charged-ion surface interactions
    TRAP Meeting of European Research Networks, Groningen, (The Netherlands)
    23.5.2002

  5. J.J. Hawkes, M. Gröschl, E. Benes, H. Nowotny, W.T. Coakley
    Positioning particles within liquids using ultrasound force fields
    Forum Acusticum 2002, Sevilla, (Spain)
    18.9.2002

  6. G. Kahl
    Phase transitions in liquids and liquid mixtures
    WE-Heraeus Seminar 'Recent Developments in the Physics of Liquids', Bad Honnef, (Germany)
    16.10.2001

  7. G. Kahl, E. Schöll-Paschinger, G. Stell
    Phase transitions and critical behavior of simple fluids and their mixtures
    Liquid state theory: from white dwarfs to colloids, Les Houches, (France)
    1.4.2002

  8. P. Zeiner, T. Janssen
    Super space groups and composite structures
    SSPCM2002, Myczkowce, (Poland)
    12.9.2002

B. Sonstige Tagungsbeiträge

  1. M.-J. Fernaud, E. Lomba, J.-J. Weis, G. Kahl
    Estudio de un fluido dipolar en un medio poroso
    XI Congreso de Fisica Estadistica, FISES 2002, Tarragona, (Spain)
    24.5.2002

  2. K. Hense, E. Gratz, A. Lindbaum, H. Nowotny, A. Hoser, F. Güthoff, J. Klenke
    Lattice Dynamics in YCu2
    52. Jahrestagung der Österr.Physikalischen Gesellschaft, Leoben, (Austria)
    25.9.2002

  3. C. Ladanyi, E. Gratz, A. Lindbaum, K. Hense, H. Nowotny
    Thermal expansion of RCu2
    52. Jahrestagung der Österr.Physikalischen Gesellschaft, Leoben, (Austria)
    25.9.2002

  4. C. Lemell, J. Burgdörfer, X.-M. Tong
    Photoemission from metal surfaces: time-dependent density functional theory
    3S'02, St. Christophen, (Austria)
    7.3.2002

  5. C. Lemell, X.-M. Tong, J. Burgdörfer
    Time-dependent density functional simulation of an HCI approaching a metal surface
    HCI-2002, Caen, (France)
    5.9.2002

  6. W. Palfinger, C. Lemell. K. Tökési, J. Burgdörfer
    Transmission of HCI through insulator nanocapillaries
    11th International Conference on Highly Charged Ions, Caen, (France)
    5.9.2002

  7. A. Reiner, G. Kahl
    Critical behavior of simple fluids
    Fifth Liquid Matter Conference, Konstanz, (Germany)
    17.9.2002

  8. E. Schöll-Paschinger
    Multicriticality in simple fluids
    Fifth Liquid Matter Conference, Konstanz, (Germany)
    17.9.2002

  9. E. Schöll-Paschinger, G. Kahl
    A liquid state theory that remains sucessful in the critical region
    MECO-27, Sopron, (Hungary)
    8.3.2002

  10. E. Schöll-Paschinger, G. Kahl
    Criticality and phase behavior of fullerenes
    Sixth Liblice Conference on the Statistical Mechanics of Liquids, Spindleruv Mlyn, (Czech Republic)
    13.6.2002

  11. E. Schöll-Paschinger, G. Kahl, G. Stell
    Multicriticality in simple fluids
    Sixth Liblice Conference on the Statistical Mechanics of Liquids, Spindleruv Mlyn, (Czech Republic)
    13.6.2002

  12. E. Schöll-Paschinger, G. Kahl
    Phase behavior of a symmetric binary mixture
    Fifth Liquid Matter Conference, Konstanz, (Germany)
    16.9.2002

  13. E. Schöll-Paschinger, G. Kahl
    Phase transitions and criticality in binary mixtures
    Sixth Liblice Conference on the Statistical Mechanics of Liquids, Spindleruv Mlyn, (Czech Republic)
    12.6.2002

  14. M. Seliger, K. Tökési, C.O. Reinhold, J. Burgdörfer
    Highly transverse convoy electron distributions emitted by highly charged ions
    HCI-2002, Caen, (France)
    1.9.2002

  15. M. Seliger, T. Minami, C.O. Reinhold, J. Burgdörfer
    Time evolution of coherent projectile states in solids formed by electron capture
    11th International Conference on Highly Charged Ions, Caen, (France)
    1.9.2002

  16. K. Tökési, L. Wirtz, C. Lemell, J. Burgdörfer
    Angular distribution of highly charged ions transmitted through metallic microcapillaries
    22nd Werner Brandt Workshop Particle and Wave Penetration in Condensed Matter, Universitaires Notre-Dame de la Paix, Namur, (Belgium)
    28.6.2002

  17. K. Tökési, X-M. Tong, C. Lemell, J. Burgdörfer
    Friction force for charged particles at large distances by TDDFT
    22nd Werner Brandt Workshop Particle and Wave Penetration in Condensed Matter, Universitaires Notre-Dame de la Paix, Namur, (Belgium)
    28.6.2002

  18. K. Tökési, X.-M. Tong, C. Lemell, J. Burgdörfer
    Friction force of highly charged ions at large distances from a metal surface
    11th International Conference on Physics of Highly Charged Ions, Caen, (France)
    5.9.2002

  19. C. Tutschka, J.A. Cuesta
    Overcomplete free enery functionals for particle systems with neighbor interactions in D=3D1
    International Conference on Theoretical Physics, Paris, France
    22.7.2002

  20. C. Tutschka, J.A. Cuesta
    Overcomplete free energy functional for D=3D1 particle systems with next neighbor interactions
    Seminar on Non-Equilibrium Phenomena and Phase Transitions in Complex Systems, Avila, Spain
    25.9.2002

  21. P. Winkler, G. Kahl
    Effective interactions in binary colloid-polymer mixtures
    WE-Heraeus Seminar 'Recent Developments in the Physics of Liquids', Bad Honnef, (Germany)
    16.10.2001

  22. P. Zeiner, T. Janssen
    Super space groups for incommensurate composite systems
    Group24, Paris, (France)
    15.7.2002

C. Vorträge an Universitäten und Forschungsinstitutionen

  1. G. Kahl
    Approaching criticality in simple fluids and their mixtures
    Institut für Theoretische Physik II, Heinrich-Heine Universität, Düsseldorf, (Germany)
    19.10.2001

  2. C. Lemell
    Simulation of time-dependent phenomena at metal surfaces
    Institut of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Science, Debrecen, (Hungary)
    24.10.2001

  3. A. Reiner
    Anwendung der hierarchischen Referenztheorie auf Einkomponentenflüssigkeiten
    ASPUS Seminar, Universität Wien, Wien, (Austria)
    19.6.2002

  4. C. Tutschka
    D=3D1 particle systems with next neighbor interactions in a homogeneous gravitational field
    Departamento de Matem=E1ticas, Universidad Carlos III de Madrid, Madrid, Spain
    12.12.2001

Chapter 5
Forschungsaufenthalte

Chapter 6
Gastvorträge am Institut

Chapter 7
Lehrveranstaltungen 2001/2002

7.1  Pflichtlehrveranstaltungen

7.2  Wählbare Privatissima

7.3  Gebundene Wahllehrveranstaltungen

7.4  Freie Wahlfächer

Chapter 8
Absolventen

8.1  Rigorosen

8.2  Diplomprüfungen

Chapter 9
Verwaltungstätigkeit

9.1  Mitarbeit in wissenschaftlichen Organisationen

                                                                       
BALASIN Gutachter (Classical and Quantum Gravity, Physical Review D)
BURGDÖRFER Member of Commission 15 on Atomic,
Molecular and Optical Physics der International Union
of Pure and Applied Physics (IUPAP), 1999-2005;
Associate Member of Commission on Nuclear Physics of IUPAP, 2000-2003;
Member of the Executive Committee of the
International Conference on the Physics of Electronic
and Atomic Collisions (ICPEAC) (1995-2003)
Member of the International Advisory Board of the
International Conference on Highly Charged Ions (HCI);
Member, Int. Scientific Committee, Int. Conf. on X-Ray
and Inner-Shell Processes (1996-2002);
Member of the Atomic and Material Physics Working Group,
Nuclear Physics European Collaboration Committee, 2000-2002;
Member, International Advisory Comittee of
Moscow-Chernogolovka Workshop on Non-Adiabatic Transitions, 2003
Gutachter für National Science Foundation (USA),
Department of Energy (USA),
Gutachter für Humboldt-Forschungspreis (Deutschland);
Gutachter für APS Fellowship Committee;
Gutachter der Max Planck Gesellschaft
- Chem. Phys. Sektion (Deutschland);
Reviewer für Physical Review A, Physical Review B,
Physical Review E, Physical Review Letters,
Journal of Physics, Physics Letters A, Physica Scripta,
Nuclear Instruments & Methods, European Physical Journal D,
Surface Science, Europhysics Letters
Co-Chair, Workshop on Electronic Structure Computation,
Mathmod IV, Vienna 2003
Mitglied des Organisationskomittees Wiener Physikalisches Kolloquium
Mitglied des Kuratoriums des Erich-Schmid-Instituts für Materialwissenschaft

                                                                       
DIRL Reviewer (Mathematical Reviews, Cambridge University Press)
Gutachter (Acta Crystallographica, Computer Physics Communications,
Ferroelectrics, Journal of Mathematical Chemistry,
Journal of Mathematical Physics, Journal de Physique,
Journal of Physics A, Journal of Physics C, Molecular Physics,
Physical Review B, Physical Review Letters,
Reports on Mathematical Physics)
Member of International Advisory Committee of International School on
Symmetries and Structural Properties of Condensed Matter, Rzeszow (PL)
KAHL Gutachter (Physical Review B und E, Physical Review Letters
Journal of Chemical Physics, Molecular Physics, Physica B,
Journal of Non-Crystalline Solids, Journal of Physics)
Europhysics Letters, Chemical Monthly, Physical Chemistry Chemical Physics
Delegierter der TNI im FWF (Stellvertreter)
Vorstandsmitglieder der Chemisch Physikalischen Gesellschaft
KREUZER Gutachter für DFG
KUMMER Gutachter (Physical Review D, Physical Review Letters, Nuclear Physics B)
Kuratorium des Instituts für Hochenergiephysik der ÖAW (stv. Obmann)
High Energy and Particle Physics Board of the European Physical Society
Osterreichisches Nationalkomitee der IUPAP (Vorsitzender)
REBHAN Vorsitzender des Fachausschusses Kern- und Teilchenphysik
der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft (bis 31.12.2001)
Gutachter für Physical Review Letters, Physical Review C und D,
Nuclear Physics B, Physics Letters B, Annals of Physics (N.Y.)
SCHWARZ D. Gutachter für Physical Review Letters, Physical Review D,
Classical and Quantum Gravity, Journal of Physics A und G
SCHWEDA Begutachter des FWF und des Jubiläumsfonds der ÖNB
SVOZIL Associate Editor, Journal of Universal Computer Sciences (Springer)
Associate Editor, Chaos, Solitons and Fractals
External faculty member, Center for Discrete Mathematics,
University of Auckland, NZ

9.2  Mitarbeit in der Universitätsverwaltung

                                                                       
BURGDÖRFER Fakultät (Stv.), Fachkommission (Stv.),
Studienkommission,
Berufungskomission ``Technische Physik'',
Berufungskomission ``Atom- und Kernphysik''
KAHL Fachkommission Physik
Studienkommission Physik
Studienkommission Lehramt Physik
Institutskonferenz
Koordinator ``Physik geht in die Schule''
Studienberatung (BeSt)
KASPERKOVITZ O. und Ao. Dotation (Söllner - Gruppe)
KREUZER Studienkommission Physik
KUMMER Fakultät, Fachgruppe
UPV der TU Wien (Vorstandsmitglied)
Studienkommission Physik
Habilitationskommission: Dr. C.E. Wulz
Studienberatung BEST
LEMELL Institutskonferenz
REBHAN Institutskonferenz
Studienkommission Physik (Ersatzmitglied)
SCHWEDA Fakultät (Ersatzmitglied)
Fachgruppe
Vorstandsmitglied des UPV

9.3  Verwaltungstätigkeit am Institut

                                                                       
BALASIN Computer Hard- und Software-Betreuung (Linux)
Netwerkdatenbank, Rechneranmeldung
Lehrbeauftragungskontrolle
Lehrveranstaltungsankündigungen
SIDES-Administrator
Arbeitsbericht des Institutsvorstandes, Teile: 1, 2, 3, 4
ÖSTAT-Erhebung Forschung und experimentelle Entwicklung
BICHL Computer Hard- und Softwarebetreuung
BURGDÖRFER Stv. Institutsvorstand
DIRL Institutsbericht 2000/2001
ERTL Computer Hard- und Software-Betreuung
KAHL Institutskoordination des Maturantentages, Informationstag, ZID
Studienplankontrolle Technische Physik und Physik Lehramt
für das Vorlesungsverzeichnis
Institutskonferenz
KASPERKOVITZ O. und Ao. Dotation (Söllner - Gruppe)
KREUZER Computer Hard- und Software-Betreuung
FODOK
SLAC Datenbank, ZID
KUMMER Institutsvorstand
LEMELL Institutskoordination des Maturantentages, Informationstag
Systemadministration der LINUX- und AIX-Server der Arbeitsgruppe
Nicht-Lineare Dynamik und Physik komplexer Systeme, ZID
NOWOTNY Brandschutzbeauftragter, Sicherheitsbeauftragter
REBHAN Systemadministration des Instituts-Email/Webserver-Rechners und
der Druckerserver, Institutsdatenbankverwaltung,
Installation und Betreuung der LINUX-Server der Arbeitsgruppe
Fundamentale Wechselwirkungen
SCHWEDA Stv. Institutsvorstand
STOCKINGER Hard- und Software-Betreuung der Workstations
SVOZIL Webauftritt
ZEINER Hard- und Software-Betreuung der Workstations

Chapter 10
Personalia

16 PaperNum = 0 16 TalkANum = 0 16 TalkBNum = 0 16 TalkCNum = 0. . . . Sum = 0 16 PflichtLV = 0 16 WahlLV = 0 16 SonstLV = 0. . . . Sum = 0

Footnotes:

1The Danish Research Agency, Aarhus, Dänemark

2Univ. Wien

3Univ. Bonn

4Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Vitória, Brasilien

5Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Rio de Janeiro, und Grupo de Física Teórica (GFT), Universidade Católica de Petrópolis (UCP), Petrópolis, RJ, Brasilien

6Institut de Physique Nucléaire de Lyon, Université Claude Bernard, Lyon, Frankreich

7Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Wien

8Univ. Bern

9Univ. Jena

10Univ. Leipzig

11Universität Frankfurt

12Oxford University

13State University of New York at Stony Brook

14CE Saclay, Gif-sur-Yvette

15Universität Helsinki

16CINVESTAV, Mexico

17University of Sussex

18Institute d' Astrophysique, Paris

19Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, Rio de Janeiro

20Universität Frankfurt

21Kazan State University

22Universidad Autónoma de Barcelona

23Universität Konstanz

24Max-Planck Institute for Complex Systems, Dresden, Germany

25Kansas State University, Manhattan KS (USA)

26Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN (USA)

27Rice University, Houston, TX (USA)

28Carlton College, Northfield, MN (USA)

29Atomki, Hungarian Academy of Sciences, Debrecen, Hungary

30Fachbereich Physik, Philipps Universität Marburg, Germany

31Institut de Physique Théoirque, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, CH-1015 Lausanne, Switzerland

32The University of Queensland, Brisbane, Australia

33Academy of Science of Russia, Moscow, Russia

34V.A. Steklov Mathematical Institute, Moscow, Russia

35Academy of Science of Russia, Moscow, Russia 33

36V.A. Steklov Mathematical Institute, Moscow, Russia 34

37University of Wales, Bangor, Wales, UK

38University of Nijmegen, Nijmegen, Netherlands

39Wissenschaftskolleg 'Computational Materials Science'

40Institut für Statistik und Wahrscheinlichkeitsthoerie, TU Wien

41Institute for Condensed Matter Physics, Academy of Sciences, Lviv, Ukraine

42Laboratoire de Physique Théorique, Université de Paris-Sud, Orsay, Frankreich

43Instituto de Química Física ''Rocasolano'', CSIC, Madrid, Spanien

44Institut für Experimentalphysik, Universität Wien

45Department of Chemistry, State University of New York, Stony Brook, USA

46H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, United Kingdom

47MPI für Metallforschung, Stuttgart, Deutschland

48Departamento de Matemáticas, Universidad Carlos III de Madrid, Madrid, Spain

49Department of Chemistry, State University of New York, Stony Brook, USA

50Laboratoire de Physique Théorique des Liquids, Université Pierre et Marie Curie, Paris, Frankreich , Rosinberg 50

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On 10 Dec 2004, 14:23.