Feldtheoretische Aspekte der Brout-Englert-Higgs Physik

• Antragsteller: Dr. René Sondenheimer
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415504349

Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC in Genf wurde unser derzeitiges Bild der Wechselwirkungen der elementarsten Bausteine unseres Universums erfolgreich bestätigt. Sowohl die theoretische Vorhersage des Higgs-Mechanismus und des gesamten Standardmodells der Teilchenphysik als auch dessen experimentelle Bestätigung zeigt das fruchtbare Zusammenspiel zwischen Theorie und Experiment. Trotz des beeindruckenden Erfolges des Standardmodells in der Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen den derzeit bekannten Elementarteilchen wird es lediglich als eine effektive Theorie verstanden, welche die Natur nicht in Gänze beschreiben kann. Beispielsweise ist es nicht in der Lage, das Phänomen der dunklen Materie oder die Hierarchie in den Kopplungen der Teilchen zu beschreiben. Darüber hinaus wird das Standardmodell auf hohen Energieskalen mathematisch inkonsistent durch das sogenannte Trivialitätsproblem. Diese Tatsachen führen zu dem Schluss, dass das Standardmodell durch eine umfassendere Theorie ersetzt werden muss. Auch in vielen dieser Erweiterungen nimmt ein verallgemeinerter Higgs-Mechanismus eine entscheidende Rolle in der Formulierung der Theorie ein. Ziel des Projektes Feldtheoretische Aspekte der Brout-Englert-Higgs Physik ist es ein umfassenderes Verständnis dieser Theorien zu erlangen, insbesondere deren exakten mathematischen Formulierung und der daraus resultierenden Implikationen für das Massenspektrum der Teilchen. Um dieses zu bestimmen, können verschiedene Methoden wie die Störungstheorie, Gittersimulationen oder funktionale Methoden verwendet werden. All diese Methoden treffen im wesentlichen die gleichen Aussagen über die theoretische Vorhersage der Massen der Teilchen im Standardmodell. Insbesondere wurde von Fröhlich, Morchio und Strocchi ein Formalismus entwickelt, welcher die Resultate der verschiedenen Methoden miteinander verknüpft und die Konstruktion des Massenspektrums mathematisch untermauert. In Theorien jenseits des Standardmodells wird die Situation komplizierter, da beispielsweise neueste Gitterdaten die störungstheoretischen Vorhersagen in einem spezifischen Modell nicht bestätigen. Um solche potentiellen Diskrepanzen besser zu verstehen, soll erstmalig der Formalismus von Fröhlich, Morchio und Strocchi verallgemeinert und auf verschiedene Standardmodell-Erweiterungen angewendet werden. Dadurch lassen sich neue Einschränkungen an bestehende Modelle ableiten. Gleichzeitig eröffnen sich neue potentielle Wege für die Modellkonstruktion. Um die Resultate durch eine weitere komplementäre Methode zu überprüfen, werden innovative Renormierungsgruppenmethoden verwendet. Diese erlauben es, einen kontinuierlichen Übergang zwischen mikroskopischen Quantenfluktuationen und makroskopischen Freiheitsgraden einer Theorie zu untersuchen und eröffnen damit einen zusätzlichen Blickwinkel auf das Massenspektrum.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Österreich
• Gastgeber: Professor Dr. Axel Torsten Maas