Durch schwarze Löcher katalysierter Vakuumzerfall im Standardmodell

• Antragsteller: Thomas Steingasser
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512630918

Alle experimentellen Daten deuten darauf hin, dass das Higgs-Feld in seiner aktuellen Konfiguration nicht stabil ist. Dies eröffnet die Möglichkeit eines Zerfalls, der entsprechend der zentralen Bedeutung des Higgs-Felds für die Grundlagen der Teilchenphysik schwerwiegende Konsequenzen für das gesamte Universum hätte. Wir werden die Möglichkeit untersuchen, dass dieser Prozess durch die Hawking-Strahlung verdampfender schwarzer Löcher katalysiert wird. Unser zentrales Ergebnis wird die Wahrscheinlichkeit sein, dass ein schwarzes Loch während seiner Lebenszeit den Zerfall des Higgs-Feldes verursacht. Falls diese nicht um viele Größenordnungen kleiner als eins ist, ergeben sich aus dem Verbleiben des Higgs-Feldes in seinem aktuellen, potentiell instabilen Zustand zwei mögliche Schlussfolgerungen: Entweder ist erst eine ausreichend kleine Zahl schwarzer Löcher vollständig verdampft, oder bisher unbekannte Physik jenseits der Reichweite aktueller Beschleuniger stabilisiert das Higgs-Feld. Jede dieser Möglichkeiten hätte weitreichende Konsequenzen für die betroffenen Gebiete der Physik. Schwarze Löcher mit einer ausreichend kurzen Lebenszeit, um bereits verdampft zu sein, sind ein Nebenprodukt vieler kosmologischer Modelle, und bieten darüber hinaus eine attraktive Erklärung für unterschiedlichste Beobachtungen. Gleichzeitig ist eine Stabilisierung des Higgs-Feldes typischerweise verbunden mit Szenarien, in denen das aktuelle Standardmodell der Teilchenphysik in fundamentalere Strukturen eingebettet ist. Diese reichen von der Existenz eines zweiten Higgs-Bosons bishin zu neuen Wechselwirkungen oder potentiell noch folgenreicheren Ideen wie der sogenannten Supersymmetrie. Gerade dieser letzte Zusammenhang ist angesichts der rasanten Fortschritte bei der Beobachtung schwarzer Löcher von besonderer Bedeutung. Sollte es gelingen, solche mit für unsere Arbeit relevanten Eigenschaften direkt zu beobachten, könnte deren Population durch unser Ergebnis als unmittelbarer Hinweis auf wichtige Aspekte der Teilchenphysik weit jenseits der Reichweite aller realistischen Beschleuniger verstanden werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. David Kaiser, Ph.D.