Theoretische Grundlagen und phänomenologische Konsequenzen supersymmetrischer Erweiterungen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik
Final Report Abstract
Die LHC-Experimente am CERN in Genf haben mit der Erforschung Teraelektronenvolt-Skala begonnen. Damit wurde ein für Laborexperimente neuer Skalenbereich betreten. Diese Energieskala ist aus theoretischer Sicht von besonderem Interesse, da hier die Details des Mechanismuses erforscht werden können, der für die Generierung der Massen der Elementarteilchen verantwortlich ist. Sowohl in diesem Kontext als auch in Hinblick auf kosmologische Beobachtungen, wie der dunklen Materie im Universum, wurden verschiedene Erweiterungen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik vorgeschlagen. Supersymmetrie ist eine der am besten motivierten Erweiterungen, und deshalb arbeiten weltweit zahlreiche Forschergruppe an der Ausarbeitung der entsprechenden Phänomenologie in verschiedenen Experimenten. Aufgrund der bisherigen experimentellen Ergebnisse kann Supersymmetrie keine exakte Symmetrie in der Natur sein. Es gibt mehrere Vorschläge, wie diese Brechung erfolgen kann, aber nach heutigem Kenntnisstand gibt es kein Bevorzugung für einen bestimmten Mechanismus. Eine äangige Methode ist es daher, diese Brechung durch bislang nicht gemessene Größen zu parametrisieren. In diesem Projekt wurden daher Observable erarbeitet, die eine Bestimmung dieser Parameter am LHC erlauben, da man daraus Rückschlüsse auf den Brechungsmechanismus ziehen kann. Ein besonderer Fokus lag hier insbesondere auf die Parameter des sogenannten Flavour-Sektors, da auch im Standardmodell die grundlegenden Prinzipien der Flavour-Physik noch nicht verstanden sind. Zudem implizieren große Supersymmetrie-brechende Parameter im Flavourbereich die Notwendigkeit neuer Denkansätze, da diese von den bisherigen Mechanismen als klein vorhergesagt werden. Entsprechende Observable, wie Flavour-verletzenden Zerfälle von Gluinos, Squarks, Sleptonen und Neutralinos, wurden ausgearbeitet. Sobald Supersymmetrie entdeckt ist, ist nicht nur die Frage nach dem Brechungsmechanismus von Interesse, sondern auch ob sie in der minimalen oder in einer erweiterten Form realisiert ist. Hier wurden insbesondere Modelle untersucht, die die Winzigkeit der Neutrinomassen im Vergleich zu den anderen Massen erklären können. Es stellt sich heraus, dass in für bestimmte Modelle LHC-Daten bereits wichtige Informationen geben können, aber im Allgemeinen ein e+e- Beschleuniger notwendig sein wird, um zwischen den verschiedenen Modellen unterscheiden zu können. Wichtige Informationen können auch durch die Vorhersagen zur Dichte der dunklen Materie im Universum in Kombination mit LHC-Daten erhalten werden. Im Rahmen des Projektes wurden auch Programmpakete wie SPheno und SARAH (weiter)entwickelt und mit anderen Programmen so kombiniert, dass insbesondere die experimentellen Kollaborationen in Zukunft wichtige Werkzeuge zur Analyse erweiterter Szenarien zur Hand haben.
Publications
- Flavour violating squark and gluino decays, JHEP 0908 (2009) 087
T. Hurth and W. Porod
- SUSY-QCD effects on neutralino dark matter annihilation beyond scalar or gaugino mass unification, Phys. Rev. D 80 (2009) 085025
B. Herrmann, M. Klasen and K. Kovarik
- Signatures of bosonic squark decays in nonminimally flavour-violating supersymmetry, JHEP 1009 (2010) 006
M. Bruhnke, B. Herrmann and W. Porod
- The Electroweak sector of the NMSSM at the one-loop level, JHEP 1010 (2010) 040
F. Staub, W. Porod and B. Herrmann
- Impact of squark generation mixing on the search for squarks decaying into fermions at LHC, Phys. Lett. B 698 (2011) 380 [Erratum-ibid. B 700 (2011) 390
A. Bartl, H. Eberl, B. Herrmann, K. Hidaka, W. Majerotto and W. Porod
- Supersymmetric mass spectra and the seesaw scale, JHEP 1105 (2011) 086
M. Hirsch, L. Reichert and W. Porod
