Ab initio emulering av atomkärnor: Bayesiansk inferens för att reda ut komplexiteten i den starka kärnkraften

Forskningsprojekt, 2025 – 2028

Protoner och neutroner, bundna i atomkärnor via den starka kraften, utgör grunden för all synlig materia i universum. Men hur ser potentialen för den starka kraften ut? Det måste vi veta för att teoretiskt förutse och analysera data från experimentella anläggningar och långsiktigt förstå och beskriva den synliga materiens fundamentala egenskaper såsom dess stabilitet och struktur.Kvalitativt har vi en god förståelse av den starka kraften. Men vi har stora kvantitativa brister när det kommer till att beskriva egenskaperna för olika atomkärnor. Det finns såklart framgångsrika fenomenologiska modeller såsom skalmodellen och täthetsfunktionalteori som fungerar i väl avgränsade områden på nuklidkartan. En fundamental brist för fenomenologi är avsaknad av förankring i kvantkromodynamik, vår grundläggande  beskrivning stark växelverkan mellan kvarkar och gluoner. Detta medför en naturlig begränsning för att med kvantifierbar säkerhet prediktera kärnegenskaper och analysera kärndata på en fundamental nivå.Kiral effektiv fältteori konstruerades av Steven Weinberg i början av 1990-talet. Det är ett ramverk som möjliggör kvantitativa beskrivningar av kraften mellan protoner och neutroner i samklang med kvantkromodynamikens symmetrier. Trots betydande framsteg inom området står vi inför stora utmaningar även här. Dagens modeller visar stora inkonsekvenser i deras förutsägelser för atomkärnor. Min hypotes är att vi behöver inkludera information från utvalda tyngre kärnor när vi kalibrerar kirala växelverkningar och att vi måste kvantifiera den teoretiska osäkerheten i förutsägelser baserade på effektiv fältteori. Mitt forskningsprojekt strävar efter att konstruera en realistisk beskrivning av den starka kärnkraften med hjälp av kiral effektiv fältteori, ab initio mångkropparteori, och Bayesiansk inferens. Resultatet av det här projektet skulle medför att vi kan förutspå exotiska kärnors kvantmekaniska struktur och stabilitet. Det vore ett stort framsteg för teoretisk kärnfysik.