Test der Lorentzinvarianz: Nutzung des Potentials ultra-hochenergetischer Luftschauer

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Risse
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408049454

Als eine fundamentale Säule der modernen Physik ist die Lorentzinvarianz ein Hauptziel experimenteller Präzisionstests. Dies gilt umso mehr, als Lorentzinvarianz (LI) ab einem bestimmten Level sogar verletzt sein mag, wie es theoretische Erwägungen nahelegen, die allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik zu verknüpfen versuchen. Die Entdeckung einer Verletzung der Lorentzinvarianz (LV) wäre ein entscheidender Durchbruch in der fundamentalen Physik; eine Bestätigung der Gültigkeit der Lorentzinvarianz mit wachsender Genauigkeit gibt wichtige Hinweise auf eine grundlegendere Theorie. Einige der weltbesten Tests von Lorentzinvarianz im Photonsektor nutzen Astroteilchen wie die kosmische Strahlung. Der Photonsektor ermöglicht sehr saubere Tests von LV-Physik, und die kosmische Strahlung erreicht ultrahohe Energien weit jenseits der Möglichkeiten moderner Technologie. Im Rahmen der "modified-Maxwell"-Theorie und unter Nutzung ausgedehnter, von kosmischer Strahlung initiierter Luftschauer konnten wir Obergrenzen erzielen, die eine signifikante Verbesserung zu den vorherigen waren (z.B. [1]). Dies basierte auf der Berücksichtigung der neuen LV-Prozesse des Photon-Zerfalls und der Vakuum-Cherenkovstrahlung - beide verboten in der Standardphysik - in Schauersimulationen und dem Vergleich der Vorhersagen mit Daten. Bisher nutzten die Analysen die Eindringtiefe des Schauermaximums, eine Größe des longitudinalen Schauerprofils. Im Fortsetzungsprojekt richtet sich der Fokus auf die Anzahl der Myonen am Boden. Dies ist eine Größe, die für Bodendetektoren messbar ist und Informationen zum Primärteilchentyp enthält, die komplementär sind zur Eindringtiefe des Schauermaximums. Basierend auf unseren Simulationsprogrammen und simulierten Datensätzen möchten wir den Einfluss von LV auf die Myonzahl untersuchen und wie dies zum Test von LI genutzt werden kann. Erwartet wird eine bessere Einschränkung der erlaubten Primärkomposition und damit eine erhöhte Sensitivität auf LV. Die Untersuchung von Myonen ist auch motiviert durch Hinweise mehrerer Luftschauerexperimente auf einen "Myonüberschuss" in Daten im Vergleich zu Simulationen. Wir werden prüfen, in welchem Maße LV zu zusätzlichen Myonen beitragen könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen