Enträtselung des D**

• Antragsteller: Markus Prim, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526218088

Die in den letzten 10 Jahren bei b-Hadron-Zerfällen beobachteten Anomalien haben großes Interesse geweckt, da sie das Standardmodell der Teilchenphysik auf den Prüfstand stellen und auf neue physikalische Phänomene hinweisen. Zwei prominente Beispiele für Wechselwirkungen mit geladenen Strömen sind die Diskrepanz zwischen den beiden Methoden zur Bestimmung des CKM-Matrixelements Vcb und ein Überschuss im Verhältnis R(D(*)), einem Test für die Lepton-Flavor Universalität (LFU). Bei beiden Messungen spielen Zerfälle in sog. D** Mesonen eine entscheidende Rolle, entweder als Teil des zu verstehenden Untergrunds oder des zu vermessenden Signals. Mit dem vorgeschlagenen Forschungsprogramm wird die Emmy-Noether-Gruppe in der Lage sein, die genauesten Bestimmungen von R(D(*)) und Vcb durchzuführen, indem sie nicht nur die bald größte von Belle II aufgezeichnete B-Fabrik-Datenprobe nutzt, sondern auch die systematischen Effekte in Angriff nimmt, die eine erhebliche Verzerrung in diesen Messungen verursachen können. Die dominierende systematische Unsicherheit wird durch B→D**lν Prozesse verursacht. Diese sind relativ unerforscht, und es bleiben bis heute offene Fragen zur Natur des D**-Spektrums und zu den Verzweigungsverhältnissen der B→D**lν Zerfälle. Mit diesem Antrag wird der B→D**lν Zerfall von zwei Seiten untersucht: Es werden spektroskopische Messungen der D**-Resonanzen durchgeführt, ergänzend zu den bestehenden LHCb-Messungen. Darüber hinaus werden Messungen des differentiellen Verzweigungsverhältnisses des B→D**lν Zerfalls durchgeführt, um die Formfaktoren der schmalen und breiten D** Zustände zu extrahieren die das hadronische Übergangselement beschreiben. Der Einfluss der häufig verwendeten Näherung geringer Breite für die Formfaktoren dieser Zustände könnte wird untersucht, da diese ungeeignet sein könnte. Ausgestattet mit einem deutlich verbesserten Verständnis von B→D**lν werden drei thematische Messungen durchgeführt: die LFU R(D(*)), exklusives Vcb in einer kombinierten B→Dlν und B→D*lν Messung und inklusives Vcb in einer B→Xclν Momente Messung. Der Schwerpunkt liegt auf der Ermittlung von bisher vernachlässigten Korrelationen innerhalb und zwischen verschiedenen Messungen, um eine konsistente Interpretation der experimentellen Daten zu ermöglichen. Die Emmy-Noether-Gruppe verbindet spektroskopische und semileptonische Messungen mit angeregten D Mesonen, indem sie ein umfassendes Messprogramm aufbaut, das die beiden Themen miteinander verbindet. Dies ist notwendig, um ein besseres Verständnis der Natur der D**-Zustände und des B→D**lν, Prozesses zu entwickeln. Mit den vorgeschlagenen Messungen und der engen Zusammenarbeit mit Theoretikern auf den jeweiligen Gebieten wird die Gruppe die größte Quelle potenzieller Verzerrungen für die semileptonische Präzisionsphysik beseitigen, die sich um die b→clν Wechselwirkungen mit geladenen Strömen entwickelt, und die gegenwärtigen Spannungen in LFU und Vcb bestätigen oder auflösen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Niederlande, Schweiz, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Matteo Fael; Dr. Zoltan Ligeti; Dr. Dean J. Robinson; Kimberley Keri Vos