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Projekt
Präzise Standardmodellkorrekturen zur Suche nach Neuer Physik mit der Unitaritätstests der Cabibbo-Kobayashi-Maskawa Quarkmischungsmatrix
Antragsteller
Dr. Mikhail Gorshteyn
Fachliche Zuordnung
Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495329596
Die Entdeckung des Higgs-Bosons hat das Streben nach Teilchen, die vom Standardmodell (SM), dessen Symmetrien und deren Brechungsmechanismen vorhergesagt wurden, vollendet. Extrem erfolgreich in der Teilchenphysik, ist SM jedoch nicht im Stande, mehrere Kosmologie-Phänomene zu beschreiben, was die Suche nach Neuer Physik jenseits des Standardmodells (BSM) motiviert. Sollten z.B. neue schwere Teilchen in der Natur existieren, so wären diese in Hochenergieprozessen nachweisbar. Wobei das LHC bei höheren Energien operiert, als je zuvor, wurden bislang keine Zeichen der Existenz solcher BSM-Teilchen registriert. Zukünftige Collider werden den zugänglichen Energiebereich der BSM Suche deutlich erweitern, jedoch sind die Kosten enorm. Überraschenderweise kommen die vielversprechendsten BSM-Signale aus niederenergetischen Experimenten. Der Wert des magnetischen Moments des Muons weicht 4.2 Standarddeviationen (4.2σ) von der SM-Theorievorhersage ab, während eine perfekte Übereinstimmung für das des Elektrons besteht. Die B-Mesonzerfälle deuten eine Abweichung von der Universalität im Bezug auf Leptonenflavour an. Die Universalität der schwachen Wechselwirkung widerspiegelt sich in der Unitarität der Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) Quarkmischungsmatrix, jedoch kombinieren sich verschiedene Messungen der Betazerfälle zu einem 3σ Defizit. Dieses Defizit kann als Effekte schwerer BSM-Teilchen interpretiert werden, und die Sensitivität moderner Betazerfallexperimente zu BSM-Effekten leistet eine wertvolle Ergänzung zu der vom LHC. Diese BSM-Sensitivität wird durch entsprechend präzise theoretische Rechnungen innerhalb des SM ermöglicht. Da die Quarks in der Natur nur in gebundenen Zuständen, Hadronen und Kerne, vorkommen, muss man Effekte der durch die Quantenchromodynamik (QCD) beschriebenen starken Wechselwirkung berücksichtigen. Bei niedrigen Energien ist QCD nichtperturbativ, damit wird für Rechnungen mit einer robusten Fehlerabschätzung eine entsprechende Rechenmethode benötigt. Eine Methode, die diesen Voraussetzungen entspricht, ist die Dispersionstheorie. Deren Anwendung an die Rechnungen der elektroschwachen Box-Diagramme, die für die Bestimmung des CKM-Matrixelement Vud relevant sind, ist dieses Projekt gewidmet. In meinen Vorarbeiten wurde die dispersionstheoretische Rechenmethode an die elektroschwachen Boxdiagramme angewandt, und diese Methode ist heutzutage als "state-of-the-art" anerkannt. In diesem Projekt werden innovative Rechnungen vorgeschlagen, die auf dieser Expertise und auf der Kooperation mit Experten in der modernen Kerntheorie und Strahlungskorrekturen aufbauen. Diese Arbeit wird kritische Bestandteile für die BSM-Suche mit den CKM-Unitaritätstests liefern, und kann potenziell zu einer BSM-Entdeckung bei niedrigen Energien führen.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Mexiko
