Beiträge jenseits des Standardmodells zum elektrischen Dipolmoment von Nukleonen

• Antragsteller: Professor Dr. Andrea Shindler
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513989149

Im Universum, wie wir es heute beobachten, dominiert Materie gegenüber Antimaterie. Der Grund dafür ist noch unbekannt und stellt eine der großen Fragen der modernen Physik dar. Zwar wissen wir, dass eine winzige Verletzung der Symmetrie unter Ladungskonjugation (C) und Parität (P)Evolution des Universums beeinflusst haben muss. Das Rätsel besteht jedoch darin, dass die zugrundeliegenden bekannten Wechselwirkungen der Teilchenphysik nicht ausreichend CP-Verletzung enthalten, um die Asymmetrie, die wir heute beobachten, zu erklären. Diese Beobachtung weist auf neue Physik mit zusätzlichen Quellen der CP-Verletzung hin. Intrinsische elektrische Dipolmomente sind ein Indikator für CP-Verletzung, und das Neutron bietet sowohl theoretisch als auch experimentell ein ideales System. Auch nach 65 Jahren Forschung haben wir aktuell weder einen experimentellen Nachweis für das elektrische Dipolmoment von Neutronen, noch haben wir eine genaue theoretische Bestimmung. Im Rahmen dieses Projektes soll eine präzise, auf fundamentalen Prinzipien basierende Berechnung des elektrischen Dipolmoments von Neutronen unter Annahme neuer Quellen der CP-Verletzung entwickelt werden. Zum Erreichen dieses Ziels werden wir die Theorie der starken Wechselwirkung, die Quantenchromodynamik (QCD), nicht-perturbativ auf einem Raum-Zeit-Gitter anwenden. Um sicherzustellen, dass wir die Schwierigkeiten, an denen diese Berechnungen in der Vergangenheit gescheitert sind, überwinden werden wir verschiedene innovative Ansätze hinzuziehen: i) den Gradient Flow zur Renormierung der CP-Verletzung und ii) stabilisierte Wilson-Fermionen, eine neuartige QCD Diskretisierung zur Kontrolle des Kontinuumslimes und der chiralen Extrapolation. Die Kombination aus diesem neuen Ansatz und der technischen Weiterentwicklung erlaubt eine präzise Berechnung des EDM von Neutronen, herbeigeführt durch eine neue Quellen der CP-Verletzung und liefern damit die theoretische Grundlage für die Interpretation zukünftiger experimenteller Messungen und einen wichtigen Beitrag zur Beantwortung der Frage, warum das Universum derzeit von Materie dominiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen