Kosmologische Phasenübergänge: feldtheoretische und numerische Weiterentwicklungen

• Antragsteller: Professor Dr. Haye Hinrichsen; Professor Dr. Werner R. Porod
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387095756

Die Baryon-Asymmetrie des Universums, d.h. die Frage, warum es im Universum viel mehr Baryonen als Anti-Baryonen gibt, zählt zu den großen ungelösten Rätseln der Kosmologie. Diese Asymmetrie sollte im Rahmen elementarteilchenphysikalischer Modelle erklärbar sein. Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik kann diese allerdings auch im Rahmen des elektroschwachen Phasenübergangs nicht erklären, obwohl es im Prinzip alle strukturellen Bedingungen erfüllt. Demzufolge muss dass Modell erweitert werden.In diesem Projekt werden in einem ersten Schritt feldtheoretische und numerische Verfahren entwickelt, die Schwachstellen in den bisherigen Rechnungen zum elektroschwachen Phasenübergang beheben. Der Phasenübergang kann grob in drei Abschnitte eingeteilt werden: (i) die Nukleationsphase, in der Blasen mitder energetisch günstigeren Phase entstehen, (ii) die Ausbreitung und das Wachstum der einzelnen Blasen und (iii) die Kollision und das Verschmelzen verschiedener Blasen.Wir werden für diesen Phasenübergang die sogenannte "Bounce"-Lösung im Rahmen des 2PI-Formalismusses, in dem sich Nichtgleichgewichtsphänomene beschreiben lassen,berechnen. Damit erhalten wir die Anfangsbedingungen für den zweiten Schritt, der Blasenausbreitung, und sind damit nicht auf den üblichen arctan-Ansatz angewiesen. Weiterhin kann auf diese Art auch die sonst übliche Annahme, dass man sich nahe eines thermodynamischen Gleichgewichtes befindet, überprüft werden. Dies ist insbesondere für Erweiterungen des Standardmodells a priori nicht klar. In einem zweiten Schritt werden diese auf Erweiterungen des Standardmodells angewandt. Insbesondere sollen erweiterte Higgsektoren, "neutral naturalness" Modelle und Composite-Higgs Modelle untersucht werden unter Berücksichtigung der bis dahin verfügbaren LHC-Daten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen