Informationsfeldtheorie

Informationsfeldtheoriegruppe

Informationsfeldtheorie (IFT) ist Informationstheorie, das logische Schlussfolgern unter Ungewissheit, angewandt auf Felder. Ein Feld ist eine (physikalische) Größe, die an verschiedenen Punkten eines Raumbereiches verschiedene Werte annehmen kann, wie die Lufttemperatur über Europa, die Stärke des Magnetfelds in der Milchstraße oder die Dichte der Materie im Universum. IFT erlaubt es Meßdaten und abstraktes Wissen über Felder zu deren Bestimmung optimal zu kombinieren. Mathematisch gesehen, ist IFT eine statistische Feldtheorie und bedient sich vieler derer Werkzeuge. Praktisch gesehen, ist IFT eine Herangehensweise an Signalverarbeitung und Bildrekonstruktion.

Die IFT Forschungsgruppe am MPA

  • entwickelt den konzeptionellen und mathematischen Rahmen der IFT
  • leitet allgemeine und spezielle Bildverarbeitungsalgorithmen innerhalb der IFT ab
  • entwickelt die rechnerischen Werkzeuge, die von IFT Algorithmen benötigt werden
  • wendet die IFT auf Rechenaufgaben in der Kosmologie, Hochenergie-Astrophysik und auf andere Gebiete an.

Kosmologie

Die Temperaturschwankungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) und die kosmische Verteilung der Materie in der großräumigen Struktur (LSS) sind beides Indikatoren primordialer Quantenfluktuationen. Es wird angenommen, dass sich diese während der ersten Momente des Universums, in der inflationären Phase, ereigneten. CMB und LSS sind daher unsere wichtigsten Informationsquellen in der Kosmologie. Deren detaillierte Erforschung liefert uns Einblicke in die Geschichte, Geometrie und Zusammensetzung des Universums. IFT ermöglicht es uns, optimale Methoden zu entwickeln, um aus Daten des CMB und der LSS mit großer Genauigkeit die kosmischen Strukturen abzubilden und andere kosmologische Informationen zu extrahieren.

Hochenergie-Astrophysik

Das Universum wird durchdrungen von hochenergetischen Teilchen und magnetischen Feldern. Geladene Teilchen bewegen sich mit beinahe Lichtgeschwindigkeit spiralförmig in Magnetfeldern, welche selbst an das kosmische Plasma gebunden sind. Die Teilchen und Felder sind wichtige Bestandteile des interstellaren und intergalaktischen Mediums. Sie transportieren Energie, sie verschieben und erwärmen das thermische Gas, und sie registrieren die gewaltigen Prozesse im kosmischen Plasma. Eine Anzahl von Beobachtungsfenstern in allen elektromagnetischen Wellenbereichen, die von Radio- bis zu Gammastrahlen reichen, liefern uns eine direkte und indirekte Vision des Hochenergie-Universums. Die IFT-Gruppe entwickelt spezielle zweckdienliche Methoden, um sich besser die relativistischen Teilchen und Magnetfelder vorstellen zu können, und sogar, um tomographisch deren Verteilung in der Milchstraße rekonstruieren zu können.

Andere Anwendungsbereiche

Die IFT ist auf viele andere Bereiche anwendbar. Die IFT-Gruppe am MPA hat begonnen an medizinischer Bildgebung, an numerischen Methoden um Berechnungen als Inferenzaufgaben zu lösen, an besseren Simulationsschemata für partielle und stochastische Differenzialgleichungen und an vielem mehr zu arbeiten.

IFT Ressourcen

Es gibt Einführungsartikel und Vorlesungsskripten, wissenschaftliche Veröffentlichungen über die Theorie und die Anwendung von IFT, und eine Anzahl von rechnergestützten Werkzeugen (NIFTY) und Algorithmen (D³PO, RESOLVE), die alle frei verfügbar sind.