Präzise Vorhersagen für die polarisierte Vektorbosonstreuung am LHC

• Antragsteller: Professor Dr. Ansgar Denner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503114441

Die ersten beiden Runs des Large Hadron Collider (LHC) haben die Gültigkeit des Standardmodells (SM) der Teilchenphysik als eine beeindruckend genaue Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen bestätigt. Die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 und die anschließende Messung vieler seiner Kopplungen haben den Higgs-Mechanismus als geeignete Beschreibung der elektroschwachen Symmetriebrechung (EWSB) bei den zugänglichen Energien etabliert. Dennoch ist die zugrunde liegende Dynamik, einschließlich der Natur des Higgs-Bosons selbst, noch unbekannt. Das Verständnis des Ursprungs der EWSB ist eines der wichtigsten Probleme der fundamentalen Physik und kann eng mit anderen großen offenen Fragen verknüpft sein, wie dem Ursprung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Universum und dem Spektrum der Fermionenmassen und -mischungen.Um den EWSB-Mechanismus zu ergründen, ist es notwendig, die Dynamik des skalaren Sektors des SM zu untersuchen. Eine besondere Rolle spielen dabei die longitudinalen Freiheitsgrade der Vektorbosonen, die über die Symmetriebrechung aus dem skalaren Sektor generiert werden.Eine Klasse von Prozessen, die äußerst empfindlich auf Abweichungen vom SM ist, ist die Streuung von longitudinalen Vektorbosonen. Diese Prozesse respektieren die Unitarität nur aufgrund der Eichstruktur des SM und der Anwesenheit des Higgs-Bosons. Folglich führen bereits kleine Abweichungen vom SM, sogenannte anomale Kopplungen, zu messbaren Effekten.Beim Run 2 des LHC wurde die Streuung von unpolarisierten Vektorbosonen in verschiedenen Kanälen mit leptonisch zerfallenden Vektorbosonen gemessen und Grenzen für anomale Kopplungen bestimmt. Weiter wurden erste Messungen mit semileptonischen Endzuständen durchgeführt. Run 3 des LHC, der 2022 beginnen soll, wird Polarisationsmessungen in der Vektor-Boson-Streuung ermöglichen, und nach dem Upgrade auf hohe Luminosität wird die Streuung von longitudinalen Vektorbosonen voraussichtlich mit einer Genauigkeit von 2-3 Standardabweichungen gemessen werden. Für die Analyse und Interpretation dieser anstehenden Messungen sind adäquate theoretische Vorhersagen erforderlich.Die elektroschwachen Korrekturen zur Streuung unpolarisierter Vektorbosonen in leptonischen Kanälen erwiesen sich als überraschend groß und erreichen 15 % für Wirkungsquerschnitte und mehr als 40% in Verteilungen. Für die polarisierte Streuung werden Korrekturen von ähnlicher Größe erwartet, die sich aber im Detail erheblich unterscheiden können.Das zentrale Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Berechnung präziser theoretischer Vorhersagen für die Streuung polarisierter Vektorbosonen am LHC. Dies soll für die Streuung von W- und Z-Bosonen und die Streuung von gleichgeladenen W-Bosonen einschließlich ihrer leptonischen Zerfälle erfolgen. Darüber hinaus streben wir Vorhersagen für die Vektorbosonstreuung im semileptonischen Kanal an, wobei ein W- oder Z-Boson hadronisch zerfällt und ein W-Boson leptonisch.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen