Flavor und CP in supersymmetrischen Erweiterungen des Standard-Modells

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Weiler, seit 8/2018
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249999962

Das primäre Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, den Ursprung der Familienstruktur und der CP-Verletzung in supersymmetrischen Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik zu erklären. Entscheidend dafür ist aus mehreren Gründen insbesondere ein besseres Verständnis des Kählerpotentials. Das Kählerpotential bestimmt im Wesentlichen die Struktur der weichen Supersymmetriebrechungsterme, die entscheidend für die Niederenergiephänomenologie der oben genannten Theorien sind. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass eine nicht verschwindende Mischung zwischen Superpartnern und eine CP-Verletzung durch diese auch auf die Fermionen des Standardmodells übertragen wird. Außerdem gibt es für das Kählerpotential, im Vergleich zum wesentlich besser erforschten Superpotential, keine Nichtrenormierungstheoreme, sodass es durch Quantenkorrekturen entscheidend beeinflusst wird. Zusätzlich ist das Kählerpotential durch herkömmliche Symmetrien weit weniger stark eingeschränkt als das Superpotential. Aufgrund dieser Tatsachen ist es, von den Parametern bei niedrigen Energien ausgehend, schwierig, die Existenz bzw. Größe von Termen höherer Ordnung einzuschränken, die zu nicht vernachlässigbaren Korrekturen, beispielsweise in Modellen mit Familiensymmetrien, führen. Unser Lösungsansatz basiert auf drei komplementären Strategien. Zum Einen werden wir unter anderem Anomaliebedingungen, Renormierungsgruppeninvarianten und sogenannte R-Symmetrien benutzen, um das Problem in supersymmetrischen Eichtheorien anzugehen. Zusätzlich soll das Kählerpotential in höherdimensionalen "großen vereinheitlichten Theorien" (GUTs) konkret berechnet werden. In solchen Modellen besteht die Möglichkeit, dem Kählerpotential und den darin enthaltenen Kopplungen eine geometrische Bedeutung zukommen zu lassen, wodurch man diese besser kontrollieren bzw. berechnen kann. Im dritten Zugang soll das Kählerpotential in speziellen, potentiell realistischen Modellen der Stringtheorie ausgearbeitet werden. Letztlich sollten alle drei Ansätze zu übereinstimmenden Ergebnissen führen. Darüber hinaus werden wir in allen drei Herangehensweisen versuchen, neue Erkenntnisse über die Familienstruktur sowie die Existenz und Brechung der CP-Symmetrie zu gewinnen. Eine mögliche Erklärung der beobachteten Familienstruktur basiert auf nichtabelschen diskreten Familiensymmetrien. Die meisten Modelle mit solchen Symmetrien treffen jedoch keine überprüfbaren Aussagen in Hinblick auf die CP-Verletzung. Deshalb wird ein Teil der Arbeit darin resultieren, Szenarien auszuschließen, die CP-Verletzung nicht oder nur mit unnatürlicher Feinabstimmung erklären können. Ein weiteres Ziel ist es, durch die Untersuchung von höherdimensionalen GUTs und Stringtheorien, in welchen der Ursprung von Familiensymmetrien aus zusätzlichen kompakten Raumdimensionen wohlverstanden ist, realistische Modelle zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Michael Ratz, bis 8/2018