Zum Schicksal unseres Universums: Aufdecken globaler Strukturen von skalaren Potentialen

• Antragsteller: Sebastian Biekötter
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444759442

Ein Argument warum wir existieren und, viel wichtiger, warum wir immer noch da sind, ist die Tatsache, dass es mehr Materie als Antimaterie in unserem Universum gibt. Der Grund für dieses Ungleichgewicht ist ein ungelöstes Mysterium und eine der dringendsten Fragen der fundamentalen Physik. Aus Sicht der Teilchenphysik könnte die Antwort eng mit dem Higgs Boson Teilchen zusammenhängen, das ursprünglich zur Erklärung für die Masse jedes Teilchens in unserem Universum eingeführt wurde. Sein experimenteller Nachweis am Large Hadron Collider (LHC) hat die erfolgreichste Theorie aller bekannten Elementarteilchen bestätigt, das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik.Die meisten theoretischen und experimentellen Anstrengungen konzentrieren sich zurzeit auf die präzise Bestimmung der Eigenschaften des Higgs Bosons am LHC, um unser Verständnis davon zu verbessern, wie Elementarteilchen ihre Masse erhalten. Einige Merkmale jedoch, die das Fundament für unsere Existenz darstellen könnten, entziehen sich weiterhin allen Tests der LHC Experimente und bleiben daher ungewiss. Der wichtigste Punkt ist, dass die LHC Experimente nicht die globale Form des sogenannten Higgs Potentials messen können. Bildlich gesprochen ist das Higgs Potential eine Landschaft mit Hügeln und Tälern, welche die Energie beschreiben, die an jedem Punkt des Raums gespeichert werden kann. Energien, die am LHC erreicht werden können, können das Higgs Potential nur lokal testen, d.h. in der Nähe eines Tals. Mit meinem Forschungsvorhaben möchte ich über diese Täler hinausgehen und Möglichkeiten erforschen, um Zugang zu den globalen Strukturen des Higgs Potentials zu erhalten, d.h. auch zu den Hügeln bei hohen Energien.Dazu möchte ich physikalische Objekte auf subatomaren bis hin zu galaktischen Skalen betrachten, die sensitiv auf die globalen Merkmale des Higgs Potentials sind, und ihre beobachtbaren Konsequenzen vorhersagen. Diese Objekte können neue Teilchen in Verbindung mit den Hügeln des Higgs Potentials sein, die in Teilchenbeschleunigern gefunden werden können. Interessanterweise sind auch modifizierte Gravitationswellensignale denkbar, die dank der kürzlichen Fortschritte in der Gravitationswellenastronomie durch das LIGO Experiment entdeckt werden könnten. So möchte ich die Lücke füllen zwischen Observablen, die die globale Form des Higgs Potentials testen können, und den lokalen Eigenschaften des Higgs Bosons, die zurzeit am LHC vermessen werden. Ich erwarte, dass mein Forschungsvorhaben essentielle theoretische als auch experimentelle Richtungen vorgibt, um das Entdeckungspotential für bislang unbekannte physikalische Phänomene drastisch zu erhöhen.Die Bedeutung meines Vorhabens reicht damit weit über die Bestimmung der Eigenschaften des Higgs Bosons selbst hinaus und kann unser Verständnis einer unserer fundamentalsten Fragen enorm vertiefen, nämlich nach dem Überfluss an Materie im heutigen Universum, d.h. warum wir existieren und warum wir immer noch da sind.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Michael Spannowsky