The interplay of dark matter and flavour
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Puzzle der unbekannten Physik auf kleinsten Skalen ist immer noch eines der fundamentalen Mysterien. Nach unserem derzeitigen Wissen können viele Pänomene auf diesen Skalen sehr genau durch das Standardmodell beschrieben werden, das fermionische Teilchen (Quarks und Leptonen) als Materie und Eichbosonen als Überträger der Kräfte enthält. Fermionen kommen in Form von drei Kopien vor, welche als “Flavor” bezeichnet werden. Teilchen mit Flavor mischen untereinander in ganz bestimmter Weise. Nach wie vor sind jedoch noch viele Fragen ungelöst, wie zum Beispiel, dass die großen Mengen an dunkler Materie nicht mit Teilchen des Standardmodells erklärt werden können oder weshalb Quarks von unterschiedlichem Flavor eine starke Hierarchie in ihrem Massenspektrum aufweisen. Mögliche Erklärungen werden durch die Messung von Observablen aus verschiedensten Klassen an Experimenten sehr eingeschränkt. In diesem Forschungsprojekt wurden zwei bestimmte Modelle untersucht, welche jeweils eine der oben genannten Fragenstellungen lösen. Zunächst wurde dunkle Materie mit Flavor betrachtet. In diesem Modell wird angenommen, dass dunkle Materie nicht nur aus einer Sorte von Teilchen besteht, sondern aus drei Teilchen mit Flavor, deren Wechselwirkungen eine Flavorstruktur aufweisen. Wir zeigen, dass mit diesem Ansatz dunkle Materie automatisch stabil wird und die korrekte Menge an dunkler Materie wiedergegeben werden kann. Anhand der Analyse von Einschränkungen durch Flavorobservablen, wie zum Beispiel Meson-Antimeson-Mischung, konnten wir spezifische Strukturen der Flavormischung identifizieren, welche von den Daten unterstützt werden. Um ein umfassendes Bild des erlaubten Parameterraumes zu erhalten, wurden außerdem Observablen der dunkle Materie und Daten des Large Hadron Colliders berücksichtigt. Zukünftige Messungen am Large Hadron Collider sowie Experimente, welche dunkle Materie direkt detektieren, könnten dieses Modell bestätigen. Als nächstes wurde ein sogenanntes Zwei-Higgs-Flavor-Modell betrachtet, welches die Hierarchien der Quarkmassen durch die Existenz eines zweiten Higgs-Dubletts erklären kann. Die Daten der Higgsmessungen müssen im Falle der Existenz dieses zweiten Higgs-Dubletts neu interpretiert werden und die Suche nach schweren Higgsteilchen am Large Hadron Colliders werden ebenfalls relevant. Wir zeigen, dass das vorgeschlagene Modell mit allen Einschränkungen durch Flavorexperimente, elektroschwachen Präzisionsmessungen sowie mit Observablen der Higgsphysik konsistent ist. Dieses Modell sagt die Existenz neuer Teilchen vorher, welche mit Hilfe des Large Hadron Colliders gemessen werden können, wie zum Beispiel ein Pseudoskalar und neue Fermionen mit Farbe.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Creating the Fermion Mass Hierarchies with Multiple Higgs Bosons
M. Bauer, M. Carena, K. Gemmler
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Flavored dark matter beyond Minimal Flavor Violation, JHEP 1410 (2014) 72
P. Agrawal, M. Blanke, K. Gemmler
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Flavor from the Electroweak Scale, JHEP 1511 (2015) 016
M. Bauer, M. Carena, K. Gemmler,
