Einfluss kosmologischer Phasenübergänge auf die Phänomenologie der dunklen Materie

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Kopp
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392819734

Da die dunkle Materie sich weiterhin beharrlich der experimentellen Entdeckung entzieht, gewinnen Szenarien, in denen ihre Energiedichte nicht durch thermales Ausfrieren, sondern durch einen alternativen Mechanismus festgelegt wird, zunehmend an Bedeutung. Im vorliegenden Projekt möchten wir insbesondere Szenarien untersuchen, in denen die Dynamik der dunklen Materie im frühen Universum, und damit ihre Energiedichte heute, durch kosmologische Phasenübergänge beeinflusst wird. Die Vakuumerwartungswerte (Vevs) von Skalarfeldern können sich während eines Phasenüberganges abrupt ändern und dabei die Symmetrie, die die dunkle Materie stabilisiert, brechen oder wiederherstellen. Zudem können sie Teilchenmassen beeinflussen und dadurch entscheiden, ob Zerfalls- oder Annihilationsprozesse kinematisch erlaubt oder verboten sind. Basierend auf Vorarbeiten, die die grundsätzliche Realisierbarkeit derartiger Mechanismen zeigen, möchten wir hier entsprechende theoretische Modelle entwickeln und deren Phänomenologie in terrestrischen, astrophysikalischen und kosmologischen Experimenten untersuchen. Zudem planen wir, Zusammenhänge zwischen der Phänomenologie dunkler Materie und der elektroschwachen Baryogenese herzustellen. Dabei werden wir die Tatsache ausnutzen, dass die betrachteten Modelle oftmals Phasenübergänge erster Ordnung vorhersagen. Schließlich planen wir, das Zusammenspiel zwischen der Phänomenologie dunkler Materie und den bei Phasenübergängen im frühen Universum emittierten Gravitationswellensignalen zu studieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen