Modellunabhängige Untersuchung der Zeitumkehr Symmetrie in Neutrinooszillationen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Schwetz-Mangold
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510963981

Zeitumkehr ist eine fundamentale Symmetrie der Natur. Es geht dabei um die Frage, ob die Naturgesetze der Elementarteilchenphysik gleich sind, wenn Prozesse vorwärts oder rückwärts in der Zeit betrachtet werden. Diese Symmetrie steht in fundamentalem Zusammenhang mit der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie - der sogenannten charge-parity (CP) Symmetrie - die bei der Entstehung der Materie kurz nach dem Urknall eine wichtige Rolle spielt. Neutrinooszillationen bieten eine Möglichkeit diese Symmetrien zu untersuchen. Dies ist ein quantenmechanischer Prozess der in den letzten zwanzig Jahren von vielen verschiedenen Experimenten nachgewiesen wurde. Die Suche nach Verletzung der CP Symmetrie ist das zentrale Ziel derzeitiger und geplanter Neutrinooszillationsexperimente.Dieses Forschungsprojekt behandelt eine neue Methode, um die Zeitumkehr Symmetrie zu untersuchen. Wir betrachten eine modellunabhängige Observable, die sensitiv auf Zeitumkehrverletzung ist, indem Neutrinooszillationswahrscheinlichkeiten bei verschiedenen Entfernungen verglichen werden. Herkömmliche Suchen nach CP Verletzung sind im Gegensatz dazu indirekt und basieren auf modellabhängigen Parameterisierungen. Die Methode die wir hier vorschlagen erlaubt es zum ersten Mal nach Zeitumkehrverletzung mit Neutrinos zu suchen (bisher war dazu keine realistische Methode bekannt), und stellt damit eine qualitativ neue Methode dar, um Daten von Neutrinooszillationen modellunabhängig zu interpretieren.In dem Projekt werden wir realistische Simulationen von geplanten Experimenten durchführen, um die Sensitivität auf Zeitumkehrverletzung zu berechnen. Wir wollen die entscheidenen experimentellen Parameter identifizieren, um die Sensitivität zu erhöhen. Wir werden im Detail die zugrunde liegenden physikalischen Annahmen untersuchen, die es erlauben diese Analysen unabhängig von unbekannter neuer Physik im Neutrinosektor durchzuführen. Darüberhinaus wollen wir Erweiterungen der Methode entwickeln, bei denen unter gut motivierten Annahmen ein breites Spektrum von Szenarien neuer Physik abgedeckt werden kann. Beispiele dafür sind sterile Neutrinos und Unitaritätsverletzung oder bisher unbekannte exotische Neutrinowechselwirkungen. Somit wollen wir die Anwendungsbereiche der Methode erweitern und neue Kombinationen von Neutrinoexperimenten identifizieren, die für diese Untersuchungen geeignet sind. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, realistische Möglichkeiten aufzuzeigen, wie man mit Neutrinooszillationsexperimenten die Zeitumkehrsymmetrie untersuchen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen