Forschende der Universität Bayreuth haben die Dichtefunktionaltheorie erweitert und dabei eine verborgene Eigenschaft, die sogenannte Eichinvarianz, entdeckt. Ihre Arbeit liefert wichtige Einblicke in die physikalischen Mechanismen weicher Materie wie Flüssigkeiten und Gele.

Durch die Entwicklung neuer „Hyperdichtefunktionale“ können komplexe Systeme wie Gele und Flüssigkeiten systematisch untersucht werden. Diese Funktionale, zugänglich durch maschinelles Lernen, ermöglichen es, die Wechselwirkungen von Teilchen präzise zu analysieren. Die dafür benötigten Daten stammen aus hochgenauen Simulationen, die jedes Teilchen eines Systems abbilden.

Eine zentrale Erkenntnis ist die Identifikation einer Lie-Algebra, die die mathematische Struktur der Teilchenwechselwirkungen beschreibt. Diese Symmetrie sorgt dafür, dass physikalische Gesetze stabil bleiben, selbst wenn Teilchen im Raum verschoben werden.

Dr. Florian Sammüller und Johanna Müller haben an der Universität Bayreuth entscheidende Beiträge geleistet. Ihre Forschung kombiniert theoretische Modelle, Simulationen und maschinelles Lernen. Dadurch wird nicht nur ein tieferes Verständnis der Materie, sondern auch eine praktische Anwendung der Erkenntnisse möglich.

Die Arbeit wurde mehrfach ausgezeichnet und gilt als Durchbruch in der Beschreibung weicher Materie.