Theoretische Untersuchungen in Vorbereitung und Begleitung der nächsten Generation von Messungen des magnetischen Moments des Myons

• Antragsteller: Professor Dr. Dominik Stöckinger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264075790

Das anomale magnetische Moment (g-2) des Myons ist eine der am genauesten berechneten und gemessenen Größen in der Elementarteilchenphysik. Zukünftige, noch genauere Messungen werden durch ihre Komplementarität eine wichtige Rolle spielen, Physik jenseits des Standardmodells, die eventuell auch am Large Hadron Collider (LHC) entdeckt wird, zu analysieren und korrekt zu interpretieren. Während eines früheren DFG-Projekts hat der Antragsteller mit zur erfolgreichen Beantragung des neuen (g-2)-Experiments am Fermilab/USA beigetragen, und er ist nun in Deutschland das einzige Mitglied der (g-2)-Kollaboration und zuständig insbesondere für die Interpretation der Messergebnisse im Rahmen von Physik jenseits des Standardmodells. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist daher, genau diese Interpretation von möglichen zukünftigen (g-2)-Messergebnissen vorzubereiten. Dafür wird ein breit angelegtes Forschungsprogramm verfolgt. Zum einen soll die Präzision der Vorhersage in wichtigen Modellen (dem Standardmodell und seiner supersymmetrischen Erweiterung) gesteigert werden durch Multischleifenrechnungen unter Anwendung der entwickelten Expertise und Infrastruktur. Zum anderen sollen in möglichst vielen alternativen Ansätzen für Physik jenseits des Standardmodells die möglichen Vorhersagen für (g-2) berechnet und verglichen werden. Dabei soll der Fokus nicht nur auf der Standard-Supersymmetrie liegen, die bereits intensiv untersucht wurde. Vielmehr sollen weniger studierte, aber gut motivierte qualitativ andere Szenarien der Supersymmetrie, und das Randall-Sundrum Modell mit zusätzlichen Raum-Zeit-Dimensionen untersucht werden. Es soll ermittelt werden, in welchen Modellen signifikante Beiträge zu (g-2) möglich und kompatibel mit LHC-Daten sind. Es sollen auch Modelle untersucht werden, in denen keine signifikanten Beiträge zu (g-2) bekannt sind; für diese soll endgültig geklärt werden, wie groß die maximal möglichen Beiträge sind bzw. unter welchen Voraussetzungen größere Beiträge entstehen können. Schließlich sollen auch zwei Themen untersucht werden, die zur Verfeinerung der Standardmodellvorhersage beitragen: zum einen soll ein Beitrag zu den sogenannten hadronischen Light-by-light Korrekturen berechnet werden. Zum anderen soll eine in jüngster Zeit verstärkt diskutierte Frage aufgegriffen werden: ob die bisher angenommenen Zusammenhänge zwischen Theorie und Experiment gültig sind. Die entsprechenden Gleichungen sollen anhand von Erkenntnissen aus der Quantenfeldtheorie überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden, und die Auswirkungen auf den Vergleich Theorie--Experiment sollen quantifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen