Suche nach Neuer Physik mit seltenen B-Zerfällen

• Antragsteller: Dr. Christoph Langenbruch
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315226040

Das Ziel der Emmy-Noether Gruppe ist die Suche nach Phänomenen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik in seltenen B-Zerfällen. Obwohl das Standardmodell die fundamentalen Teilchen und ihre Wechselwirkungen mit hoher Präzision beschreibt, wissen wir, dass es nicht vollständig ist. So beinhaltet es zum Beispiel keinen Kandidaten für die dunkle Materie. Erweiterungen des Standardmodells, welche diese offenen Fragen beantworten können, werden als Neue Physik bezeichnet und erfordern im Allgemeinen die Einführung neuer schwerer Teilchen. Seltene B-Zerfälle erlauben empfindliche Suchen nach Neuer Physik da sie im Standardmodell stark unterdrückt sind. Neue schwere Teilchen können aus diesem Grund signifikant beitragen und Zerfallsraten, sowie die Winkelverteilungen der Teilchen im Endzustand, von den Standardmodellvorhersagen abändern. Da die neuen Teilchen virtuell zu den Zerfällen beitragen sind diese Suchen nach Neuer Physik, anders als direkte Suchen, nicht durch die vorhandene Strahlenergie limitiert. Derzeit existieren mehrere Abweichungen von Daten und Standardmodellvorhersagen in den seltenen B-Zerfällen, welche als Flavour-Anomalien bezeichnet werden. Die Emmy-Noether Gruppe hat in diesem Bereich wertvolle Beiträge geliefert, so wurde eine Winkelanalyse des Zerfalls eines B-Mesons in ein K*-Meson und ein Myonpaar veröffentlicht. Diese Analyse von LHCb-Daten bestätigt Abweichungen einer früheren Analyse und findet eine leicht erhöhte Signifikanz dieser Abweichungen. Zudem wurde in der Gruppe eine neue Analysemethode entwickelt, welche die experimentellen Daten optimal ausnutzen kann. Die Anwendung dieser Methode auf LHCb-Daten ist derzeit in Vorbereitung.Für das sechste Jahr der Gruppe wird das Programm durch eine Messung der Isospin Asymmetrie A_I(B->Kmumu) erweitert. Die Isospin Asymmetrie ist eine Größe für welche sich hadronische Unsicherheiten zum Großteil kürzen und welche somit im Standardmodell präzise vorhergesagt werden kann. Desweiteren wird im sechsten Jahr eine Suche nach Majorana Neutrinos in Leptonzahl verletzenden B-Zerfällen durchgeführt werden.Die dabei auftretenden Leptonen gleicher Ladung im Endzustand würden eindeutige Zeichen von Physik jenseits des Standardmodells bedeuten. Schließlich wird der in der Emmy-Noether Gruppe entwickelte multivariate Di-lepton Trigger für den Start des LHC Run 3 getestet und optimiert werden.Das Forschungsvorhaben baut auf den weitreichenden Arbeiten der Emmy-Noether Gruppe auf und erweitert das Programm um neue Messungen welche entweder in eindeutigen Anzeichen für Neue Physik oder in starken Ausschlussgrenzen resultieren werden. Die Arbeiten am Trigger sind essentiell um das Physik-Potential der großen Datensätze im LHC Run 3 voll ausschöpfen zu können.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen