Theoretische und phänomenologische Untersuchungen von Modellen mit Vector-like Leptons

• Antragsteller: Professor Dr. Dominik Stöckinger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552845731

Zwei bedeutende Fragen der Elementarteilchenphysik sind der Ursprung der Massen und der Ursprung der drei Generationen von Quarks und Leptonen. Beide sind verknüpft mit dem Higgsboson und seinen Wechselwirkungen. Bislang stimmen alle gemessenen Eigenschaften des Higgsbosons mit den Vorhersagen des Standardmodells (SM) überein. Das SM kann jedoch keine vollständigen Antworten auf obige Fragen liefern, und es ist möglich, dass Eigenschaften wie das Higgspotential oder der Yukawasektor, der die Massen der Quarks und Leptonen erzeugt, sich tatsächlich stark von der Vorhersage des SM unterscheiden. Aus diesen Gründen untersuchen Experimente am LHC solche Eigenschaften des Higgsbosons sehr genau, mit der Möglichkeit, Abweichungen vom SM und damit neue Physik zu finden. Zugleich wird der Higgs/Yukawasektor auch von einer Reihe von Niederenergie-Experimenten wie Myon g-2 oder Experimenten zur Lepton-Flavour-Verletzung untersucht. Die Interpretation all solcher Experimente verlangt theoretische Arbeiten, um Alternativen zum SM zu entwickeln, um überprüfbare Vorhersagen zu berechnen, und um zu verstehen, welche Experimente auf welche Hypothesen sensitiv sind. Zahlreiche häufig betrachtete Modelle modifizieren die Anzahl der Higgsbosonen und damit das Higgspotential. Im hier vorgestellten Projekt verfolgen wir eine weniger bekannte aber ebenso motivierte Idee: Wir studieren ein Modell mit Vector-like-Leptons (VLL), die den Yukawasektor und die 3-Generationen-Struktur der Leptonen modifizieren. Im VLL-Modell wird der Mechanismus zur Erzeugung von Leptonmassen stark geändert (vergleichbar mit dem Seesaw-Mechanismus für Neutrinos), mit dramatischen Konsequenzen, die sich bei LHC Higgszerfallsmessungen, beim Fermilab Myon g-2 Experiment oder bei Lepton-Flavour-Violation Experimenten zeigen könnten. Das Projekt kombiniert phänomenologische und theoretische Untersuchungen. Wir beginnen mit einer detaillierten Untersuchung der Renormierung des VLL-Modells. Dies ist wichtig wegen mehrerer ungewöhnlicher Aspekte des Modells, und es wird allgemein zu verbessertem Verständnis der Renormierung von Szenarien neuer Physik führen. Als ein Ergebnis werden wir ein On-Shell Renormierungsschema definieren, das ermöglicht, Observablen als Funktion physikalischer Fermionmassen auszudrücken. Als zweites führen wir eine detaillierte phänomenologische Analyse des VLL-Modells durch, wobei wir vor allem LHC-Observablen und komplementäre Niederenergie-Observablen betrachten, die sensitiv auf die dramatischen Effekte des modifizierten Massenerzeugungsmechanismus sind. Wir werden on-shell-renormierte Korrekturen höherer Ordnung berücksichtigen, die voraussichtlich groß und wichtig sind. Zusätzlich zu diesen beiden Hauptforschungslinien werden wir auch einen effektiven Feldtheorie-Zugang zu dem Modell entwickeln, und wir werden ein Computerprogramm für die numerische Analyse des VLL-Modells publizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen