Dunkle Materie: Vom frühen Universum zu Phänomenologie

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Vogl
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496940663

Astrophysikalische und kosmologische Beobachtungen zeigen eindeutig, dass die dominante Materiekomponente in unserem Universum eine unbekannte Art von Materie sein muss. Aktuell verstehen wir allerdings weder ihre Natur noch ihren Ursprung. Eine äußerst attraktive Lösung für dieses Problem ist ein neues Teilchen jenseits des Standardmodells. Die Entdeckung dieses Teilchens und die Bestimmung seiner Eigenschaften ist eines der wichtigsten Ziele von Teilchenphysik, Astrophysik und Kosmologie. Direkte und indirekte Suchen, Beschleunigerexperimente sowie kosmologische und astrophysikalische Beobachtungen machen aktuell große Fortschritte. Eine gemeinsame Anstrengung von Theorie und Experiment über die verschiedenen Felder hinweg ist notwendig um die Daten möglichst effizient zu nutzen. Mein Beitrag zu dieser Herausforderung wird sich auf zwei Kerngebiete konzentrieren.(I) Produktion von Dunkler Materie im frühen Universum: Die Menge der Dunklen Materie im Universum ist sehr genau bekannt. Durch Kombination mit präzisen theoretischen Berechnungen kann dies genutzt werden um die interessantesten Richtungen für experimentelle Suchen zu identifizieren. Dabei ist es von essenzieller Bedeutung etablierte Näherungen zu hinterfragen und unterschiedliche Produktionsmechanismen zu berücksichtigen. Ich werde sowohl die Rechnungen zur Dunklen Materie Produktion verbessern als auch neue Mechanismen entwickeln und auf ihre phänomenologischen Konsequenzen hin untersuchen.(II) Effiziente Analysewerkzeuge für Dunkle Materie Phänomenologie: Laufende Experimente produzieren große Mengen von Daten. Das Maximum aus diesen experimentellen Ergebnissen herauszuholen ist nichttrivial und erfordert Unterstützung von der Theorieseite. Die Kombination von effektiver Feldtheorie mit vereinfachten Modellen ist eine vielversprechende Möglichkeit hier Fortschritte zu erzielen. Ich werde die Zuverlässigkeit dieses Ansatzes analysieren und an der Erweiterung hin zu leichteren und schwächer gekoppelten Dunklen Sektoren arbeiten.Diese Themen sind strategisch aufeinander abgestimmt. Zum einen ist jedes für sich allein interessant und bietet vielversprechende Möglichkeiten für neue Erkenntnisse. Zum anderen ergänzen sie sich und erlauben zusammen tiefere Einsichten in die Physik der Dunklen Materie als mit einem eindimensionalen Ansatz erzielt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen