Konstruktion und Analyse einer funktionalen Renormierungsgruppengleichung für Gravitation im Einstein-Cartan-Zugang

Während das Standardmodell der Elementarteilchenphysik eine konsistente, renormierbare Quantenfeldtheorie dreier der vier bekannten Wechselwirkungen darstellt, bleibt die Quantisierung der Gravitation ein bislang ungelöstes Problem. In den letzten Jahren haben sich jedoch Hinweise ergeben, nach denen metrische Gravitation asymptotisch sicher ist. Das bedeutet, daß sich auch für diese Wechselwirkung eine Quantenfeldtheorie konstruieren läßt. Diese ist dann in einem verallgemeinerten Sinne renormierbar, der nicht mehr explizit Bezug auf die Störungstheorie nimmt. Zudem sagt dieser Zugang, der auf der Wilsonschen Renormierungsgruppe beruht, die korrekte mikroskopische Wirkung der Theorie voraus. Klassisch ist metrische Gravitation auf dem Niveau der Vakuumfeldgleichungen äquivalent zur Einstein-Cartan- Theorie, die das Vielbein und den Spinzusammenhang als fundamentale Variablen verwendet. Diese Theorie besitzt allerdings mehr Freiheitsgrade, eine größere Eichgruppe, und die zugrundeliegende Wirkung ist von erster Ordnung. Alle diese Eigenschaften erschweren eine zur metrischen Gravitation analoge Behandlung.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit wird eine dreidimensionale Trunkierung von der Art einer verallgemeinerten Hilbert-Palatini-Wirkung untersucht, die neben dem Laufen der Newton-Konstante und der kosmologischen Konstante auch die Renormierung des Immirzi-Parameters erfaßt. Trotz der angedeuteten Schwierigkeiten war es möglich, das Spektrum des freien Hilbert-Palatini-Propagators analytisch zu berechnen. Auf dessen Grundlage wird eine Flußgleichung vom Propertime-Typ konstruiert. Zudem werden geeignete Eichbedingungen gewählt und detailliert analysiert. Dabei macht die Struktur der Eichgruppe eine Kovariantisierung der Eichtransformationen erforderlich. Der resultierende Fluß wird für verschiedene Regularisierungsschemata und Eichparameter untersucht. Dies liefert auch im Einstein-Cartan-Zugang berzeugende Hinweise auf asymptotische Sicherheit und damit auf die mögliche Existenz einer mathematisch konsistenten und prädiktiven fundamentalen Quantentheorie der Gravitation. Insbesondere findet man ein Paar nicht-Gaußscher Fixpunkte, das Anti-Screening aufweist. An diesen sind die Newton-Konstante und die kosmologische Konstante jeweils relevante Kopplungen, wohingegen der Immirzi-Parameter an einem Fixpunkt irrelevant und an dem anderen relevant ist. Zudem ist die Beta-Funktion des Immirzi-Parameters von bemerkenswert einfacher Form. Die Resultate sind robust gegenüber Variationen des Regularisierungsschemas. Allerdings sollten zukünftige Untersuchungen die bestehenden Eichabhängigkeiten reduzieren.Whereas the Standard Model of elementary particle physics represents a consistent, renormalizable quantum field theory of three of the four known interactions, the quantization of gravity still remains an unsolved problem. However, in recent years evidence for the asymptotic safety of gravity was provided. That means that also for gravity a quantum field theory can be constructed that is renormalizable in a generalized way which does not explicitly refer to perturbation theory. In addition, this approach, that is based on the Wilsonian renormalization group, predicts the correct microscopic action of the theory. In the classical framework, metric gravity is equivalent to the Einstein-Cartan theory on the level of the vacuum field equations. The latter uses the tetrad and the spin connection as fundamental variables. However, this theory possesses more degrees of freedom, a larger gauge group, and its associated action is of first order. All these features make a treatment analogue to metric gravity much more difficult.rnrnIn this thesis a three-dimensional truncation of the form of a generalized Hilbert- Palatini action is analyzed. Besides the running of Newton's constant and the cosmological constant, it also captures the renormalization of the Immirzi parameter. In spite of the mentioned difficulties, the spectrum of the free Hilbert-Palatini propagator can be computed analytically. On its basis, a propertime-like flow equation is constructed. Furthermore, appropriate gauge conditions are chosen and analyzed in detail. This demands a covariantization of the gauge transformations. The resulting flow is analyzed for different regularization schemes and gauge parameters. The results provide convincing evidence for asymptotic safety within the Einstein-Cartan approach as well and therefore for the possible existence of a mathematically consistent and predictive fundamental quantum theory of gravity. In particular, one finds a pair of non-Gaussian fixed points that displays anti-screening. At these, Newton's constant and the cosmological constant are relevant couplings, whereas the Immirzi parameter is irrelevant at one fixed point and relevant at the other one. In addition, the beta function of the Immiri parameter is remarkably simple. The results are robust with respect to variations of the regularization scheme. However, future analyses should reduce their gauge dependencies