Effektive Feldtheorien für schwere neue Teilchen -- Renormierung und phänomenologische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Dittmaier
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550270721

Ziel des Projektes ist es, Effektive Lagrange-Dichten für phänomenologisch interessante tandardmodellerweiterungen mit schweren Teilchen in erweiterten Higgs-Sektoren auszuarbeiten, wie z.B. in einer Erweiterung um ein Higgs-Singlett, im Zwei-Higgs-Dublett-Modell oder dem Babu-Modell, das Leptonzahl-verletzende Kopplungen enthält. Methodisch basiert die Arbeit auf dem großen Fortschritt der letzten Jahre in der Konstruktion Effektiver Feldtheorien (EFTs) durch "Functional Matching" direkt über das Pfadintegral. Die damit berechneten EFT- Lagrange-Dichten beinhalten alle Effekte schwerer neuer Teilchen einer Massenskala Lambda bis zur Ordnung /Lambda^2. Im Detail verwenden wir eine Variante des Functional Matchings, die wir in einer Publikation 2022 vorgeschlagen haben und auf Arbeiten der Jahre 1995/96 zurückgeht. Die Methode basiert auf der "Background-Field-Methode" bzgl. der Feldquantisierung, auf der "Method of Regions" zur Separation leichter und schwerer Feldmoden sowie auf nicht-linearen Darstellungen von Higgs-Feldern, die sehr flexibel bzgl. des Typs der entstehenden (schwach oder stark gekoppleten) EFT sind. Das Projekt geht in mehrfacher Hinsicht über existierende verwandte Arbeiten hinaus. Zum einen werden wir konsequent die Renormierung der vollen "UV-abgeschlossenen" Theorie miteinbeziehen (was in der Literatur oft vernachlässigt wird) und Vorhersagen der vollen Theorie mit denen der EFT für physikalisch interessante Observablen vergleichen. Zum anderen zeigen bereits vorläufige Resultate in einem vereinfachten Modell, dass die entstehende EFT über den Rahmen der sogenannten "Standard Model EFT (SMEFT)" in phänomenologisch interessanten Limites schwerer Teilchen hinausgeht; die entstehende EFT ist vielmehr vom Typ der "Higgs EFT (HEFT)", die auf nicht-linear dargestellten Higgs-Feldern beruht und nur selten im Zusammenhang mit der EFT-Konstruktion über Functional Matching betrachtet wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen