Laufende Parameter und effektives Higgspotential zu vier Quantenschleifen im Standardmodell

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd A. Kniehl
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530912011

Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 am Large Hadron Collider des CERN und der Bestätigung seiner vorhergesagten Eigenschaften hat sich das Standardmodell der Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen erheblich konsolidiert. Dies hat auch grundlegende kosmologische Konsequenzen, da die Analyse der Stabilität des Vakuumzustands des effektiven Higgs-Potenzials, in dem wir leben, Rückschlüsse auf das Schicksal des Universums zulässt. In der Tat erwartet man einen zweiten solchen Zustand bei Feldwerten nahe der Planck-Masse, wo die Gravitation stark genug ist, um Paare von Teilchen und Antiteilchen zu erzeugen. Wenn sich dieses zweite Minimum als niedriger erweist, wird unser Vakuum schließlich zerfallen, was die Grundlage für Leben im Universum beseitigen würde. Neben Stabilität und Instabilität besteht auch die Möglichkeit, dass die Lebensdauer unseres Vakuums die des Universums übersteigt (Metastabilität), was eigentlich nicht unwahrscheinlich ist. Um unser Verständnis dieses wichtigen Themas zu vertiefen, werden wir die Renormierungsgruppenanalyse der laufenden Parameter (Massen und Kopplungen) und des effektiven Higgs-Potentials auf vier Quantenschleifen des Standardmodells ausdehnen, eine Schleifenordnung über das derzeit Erreichte hinaus. Insbesondere werden die Betafunktionen, die die Abhängigkeiten der Parameter von der Renormierungsskala kontrollieren, in vier Schleifen und die Schwellenwertkorrekturen, die sie an die physikalischen Teilchenmassen und Kopplungskonstanten auf den Energieskalen der jeweiligen Messungen anpassen, in drei Schleifen ausgewertet. Diese laufenden Parameter, insbesondere die Higgs-Masse und die quartische Selbstkopplung, gehen in das effektive Higgs-Potenzial ein, das wir ebenfalls in vier Schleifen berechnen werden. Dazu verwenden wir die fortgeschrittene Technologie der Mehrschleifenrechnung. Ultraviolette Endlichkeit, Eichunabhängigkeit und spezifische Konsistenzprüfungen in Bezug auf die verschiedenen Objekte werden es uns ermöglichen, die Korrektheit unserer Ergebnisse zu gewährleisten. Die langjährige Erfahrung des Kernforschungsteams in der elektroschwachen Störungstheorie und in Mehrschleifenrechnungen wird es uns ermöglichen, unsere Ziele erfolgreich zu erreichen. Wir werden unser fortgeschrittenes Wissen über Betafunktionen und Schwellenwertkorrekturen nutzen, um unsere veröffentlichte C++-Programmbibliothek rm zu verbessern, mit der man die Parameter des Standardmodells anpassen und laufen lassen kann. Dies wird der Teilchenphysik- und Kosmologie-Gemeinschaft als wichtiger Input für zukünftige Analysen dienen. Unsere aktualisierten und geschärften Schlussfolgerungen über das Schicksal des Universums könnten die Weltanschauung der breiten Öffentlichkeit beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Benoit Assi, Ph.D.; Dr. Oleg Veretin