Praezisionseinschraenkungen auf CP-Verletzung im Higgs-Sektor

• Antragsteller: Dr. Joachim Brod
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 372843874

Die Geschichte unseres Universums und das Wesen der Materie die es enthält gehören zu den fundamentalsten Fragen der Naturwissenschaften. Die moderne Hochenergiephysik erlaubt es, diesen Fragen auf einzigartige Weise nachzugehen.Die heutigen Teilchenphysiker haben ein sehr gutes Verständnis der physikalischen Vorgänge, die an den Teilchenbeschleunigern getestet werden können. Das gegenwärtige Wissen ist im "Standardmodell der Teilchenphysik" zusammengefasst, welches in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts entwickelt und seitdem immer wieder bestätigt wurde -- zuletzt durch die spektkuläre Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC) am CERN, dem leistungsstärksten Beschleuniger, der jemals gebaut wurde.Dennoch kann das Standardmodell die beobachtete Menge an Baryonen (die Grundbausteine der sichtbaren Materie -- zum Beispiel Atomkerne) im Universum bei weitem nicht erklären. Ein Grund dafür ist, dass der vorhergesagte Unterschied zwischen Materie und Antimaterie (die "CP-Verletzung") zu gering ist. Allerdings könnten neue Wechselwirkungen des Higgs-Bosons mit den Standardmodell-Teilchen hinreichend viel CP-Verletzung erzeugen -- solche Wechselwirkungen sind noch nicht experimentell ausgeschlossen.Diese hypothetischen neuen Wechselwirkungen sind am LHC sehr schwer nachzuweisen. Interessanterweise können sie aber über Quanteneffekte zu charakteristischen kleinen Änderungen des Verhaltens von Neutronen in elektromagnetischen Feldern führen. Auf diese Weise bieten Präzisionsmessungen eine bedeutende Alternative, diese neuenWechselwirkungen zu entdecken.Das Ziel meines Forschungsvorhabens ist es, den Effekt dieser Präzisionsmessungen zu maximieren.Um die experimentellen Ergebnisse interpretieren zu können, ist ein solides Verständnis der den Präzisionsobservablen zugrundeliegenden physikalischen Prozesse unverzichtbar. Daher ist es mein erstes Ziel, die aktuellen theoretischen Vorhersagen wesentlich zu verbessern. Es ist zu erwarten, dass die Sensitivität der Experimente dadurch bis zu einem Faktor zehn verbessert werden kann.Die Physik, welche benötigt wird, um ein hinreichendes Maß an CP-Verletzung im frühen Universum zu erzeugen, kann auch Spuren in Meson-Zerfällen hinterlassen. Das schafft eine neue Verbindung zwischen Präzisions-Kernphysik und Flavorphysik -- die selben zugrundeliegenden Prozesse können sich auf verschiedene Arten manifestieren. Diese Komplementarität ist bislang kaum erforscht worden und wird es uns auch erlauben, die bei LHCb und Belle II durchgeführten Messungen in einem neuen Kontext zu interpretieren.Mein zweites Ziel ist es daher, systematisch nach Präzisions-Flavorobservablen zu suchen, die sensitiv sind auf die für Baryogenese benötigten CP-verletzenden Wechselwirkungen.Schließlich sollen die gewonnenen Ergebnisse kombiniert und auf konkrete Modelle, welche den Teilchengehalt des Universums erklären können, angewendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen