Quantenkorrekturen und thermische Korrekturen zur Annihilation von Dunkelmaterie

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Beneke
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282968057

Angesichts der immer besseren Möglichkeiten für den Nachweis von Dunkelmaterie sind Baumgraphenberechnungen von Annhilationsquerschnitten oft nicht mehr ausreichend. Das Vorhaben konzentriert sich auf Dunkelmaterieprozesse, bei denen Schleifeneffekte wichtig sind. Da noch keine definitive, nicht-gravitative Evidenz von Dunkelmaterie vorliegt, liegt die Betonung weniger auf Präzision als auf großen Quanteneffekten, die zu qualitativen Modifikationen des Dunkelmaterieannihilationsprozesses führen. Das betrifft das Ausfrieren der Reliktdichte der Dunkelmaterieteilchen im frühen Universum durch den Sommerfeld-Effekt ebenso wie die Annihilation im heutigen Universum. Dabei treten neben dem Sommerfeld-Effekt auch große elektroschwache Logarithmen und die Abstrahlung von elektroschwachen Eichbosonen auf, welche das Spektrum von Photonen, Neutrinos und anderen geladenen Teilchen, welche in kosmischer Strahlung beobachtet werden können, modifizieren. Das Vorhaben behandelt diese Quanteneffekte mit Methoden aus dem Bereich der Colliderphysik (effektive Feldtheorie, Renormierungsgruppe, Resummationstechniken) und verbindet diese mit der Phänomenologie der Dunkelmaterie. Der Fokus liegt dabei auf schweren, schwach wechselwirkenden Dunkelmaterieteilchen (WIMPs) mit einer Masse, die groß im Vergleich zur elektroschwachen Skala ist, so dass die oben erwähnten Effekte in der Tat sehr groß sind. Das Vorhaben untersucht weiter den Einfluss des thermischen Plasmas auf den Prozess des Ausfrierens der Reliktdichte. Für generische Dunkelmaterieannihilation ist dies von eher theoretischem Interesse, wobei grundlegende Fragen der Infrarotendlichkeit geklärt werden. Dies ist jedoch nicht mehr der Fall, wenn der Annihilationsprozess auch sensitiv auf Skalen ist, die von derselben Größe wie die Temperatur des Plasmas sind, wie im Falle des Sommerfeld-Effekts.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen