Anomalien in semileptonischen b-Zerfällen als Antennen Neuer Physik

• Antragsteller: Dr. Danny van Dyk
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328776644

Das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik ist eine sehr erfolgreiche Theorie, welche sich in vielen experimentellen Test bewährt hat. Allerdings erkärt das SM eine Reihe von interessanten Beobachtungen, wie z. B. Neutrinomassen und die Bayron-Antibaryon-Asymmetrie im Universum, nicht. Die Teilchenphysik strebt daher danach, das SM durch eine neue,noch unbekannte Theorie zu ersetzen, welche alle existierenden Beobachtungen erklären kann. Die Quarkflavorphysik stellt wichtige Werkzeuge bereit, um sowohl das SM als auch mögliche Alternativen bei sehr hohen Energien, oder equivalent auf sehr kurzen Abständen, zu untersuchen. Eine der interessantesten Untersuchungsmethoden involviert semileptonische b-Quark-Zerfälle. Diese laufen über Quantenkorrekturen ab, und sind daher sensitiv auf Beiträge hypothetischer schwerer Elementarteilchen. Ihre Sensitivität ist komplementär zu den direkten Suchen nach neuen Teilchen und Wechselwirkungen in Experimenten am Large HadronCollider.Mein Projektvorschlag zielt darauf ab die theoretische Beschreibung kurzreichweitigen Effekte in semileptonischen b-Zerfällen besser zu verstehen.Dazu werde ich zwei Probleme angehen, die momentan Fortschritte in diesem Feld behindern: Erstens,die Reduktion der Theorieunsicherheiten in hadronischen Matrixelementen; und zweitens, die Entwicklung von Methoden zur Kombination experimenteller und theoretischer Inputs in globalen Analysen. Eine der größten Quellen von Theorieunsicherheit besteht aus langreichweitigen Effekten beitragender Charmonium-Zustände. Mein Vorhaben wird zum ersten Mal experimentelle Ergebnisse verschiedener exklusiver Zerfälle verwenden, um die relevanten hadronischenn Matrixelemente überzubestimmen. Dazu ist es erforderlich Korrelationen zwischen den Messungen korrekt zu behandeln. Das Ziel ist es, kurzreichweitige und hadronische Effekte unterscheiden zu können, welches in heutigen Analysen nicht möglich ist. Eine weitere Quelle hadronischer Unsicherheiten sind hadronische Formfaktoren für exklusive Zerfälle. Mein Vorhaben wird hadronische Dispersionsrelationen undLichtkegel-Summen-Regeln mit experimentellen Messungen kombinieren, um diese Formfaktoren besser zu bestimmen. Für diese Bestimmung sind neue Messungen erforderlich, die für Hoch-Luminositäts-Experimente geplant sind. Bisherige Analysen in diesem Feld verwenden meine quelloffene EOS-Software. Als Teil meines Projekts plane ich EOS weiterzuentwickeln, in dem ich u.A. alle im Projekt erlangten Ergebnisse in EOS implementiere.Das durch mein Vorhaben verbesserte Verständnis der kurzreichweitigen Effekte wird das Vertrauen in aktuelle und zukünftige experimentelle Ergebnisse stärken. Zusätzlich werde ich überprüfen, ob existierende Modelle Neuer Physik die aktuellen Anomalien erklären können. Schlussendlich erwarte ich, dass ich entweder Neue Physik in Quarkflavorphysik nachweisen kann, oder die stärkstmöglichen Schranken auf ihre Parameter setzen kann.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Javier Virto