Neue Physik entdecken mit dem Charm-Quark und neuen Werkzeugen

• Antragstellerin: Eleftheria Solomonidi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557031287

Die Untersuchung der schwachen und starken Wechselwirkungen zwischen Quarks, insbesondere bei Phänomenen, die mit im Standardmodell (SM) unterdrückten Mechanismen wie flavour-verändernden neutralen Strömen einhergehen, wird allgemein als Flavour-Physik bezeichnet und spielt eine wesentliche Rolle bei der indirekten Suche nach neuer Physik (NP). Während die schwachen Zerfälle von Bottom- und Strange-Quarks derzeit auf einem sehr fortgeschrittenen Niveau untersucht werden, hat die Physik des Charm-Quarks bisher weniger Aufmerksamkeit erhalten. Die kürzlich erstmals entdeckte CP-Verletzung bei den hadronischen Zweikörperzerfällen von Charm-Mesonen markiert eine neue Ära für das Feld, insbesondere angesichts der Tatsache, dass erste theoretische Berechnungen deutlich niedrigere SM- Vorhersagen als die gemessenen Werte ergeben. Dies drängt Theoretiker dazu, die Dynamik des Charm-Quarks weiter zu untersuchen und dabei den Schwerpunkt auf die weniger kontrollierten hadronischen Effekte zu legen. In unserem Projekt werden wir in zwei Richtungen vorgehen: Zunächst werden wir die Berechnungen zur theoretischen Bestimmung der Observablen im Zusammenhang mit den CP-Asymmetrien bei den Zerfällen von Charm-Mesonen in zwei Pionen or zwei Kaonen weiter verfeinern. Dazu planen wir, die Anwendung der Methode der Light-Cone Sum Rules (LCSRs) zu erweitern, um die Zerfallsamplituden sowie die unterdrückten Terme, die in die CP-Asymmetrien eingehen, mit höherer Genauigkeit zu berechnen. Dies wird eine direkte Gegenüberstellung der Theorie mit den experimentellen Messungen ermöglichen und dabei helfen, Rückschlüsse auf die Natur der letzteren zu ziehen. Zweitens planen wir, SM-Vorhersagen für eine Reihe verschiedener Phänomene mit einer hadronischen Komponente zu liefern. Insbesondere werden wir hadronische Zerfälle von Charm-Mesonen mit zwei und drei Teilchen im Endzustand sowie die Mischung zwischen neutralen Charm-Mesonen untersuchen. Für unsere Berechnungen werden wir die Implementierung von LCSRs sowie datengesteuerte Dispersionsrelationen vom Omnes-Typ kombinieren. Wo anwendbar, werden wir die Verwendung der Heavy-Quark-Expansion in Betracht ziehen. Der Vergleich einer Reihe dieser Observablen mit den experimentellen Daten wird als Test der theoretischen Methoden dienen, die zur Bestimmung nichtperturbativer QCD-Effekte im Charm-Sektor verwendet werden. Wenn die verschiedenen Methoden verglichen werden und die Gültigkeit unseres Ansatzes bestätigt ist, werden die verbleibenden Observablen die Grundlage für die Trennung von SM und NP bilden, die sich in den betrachteten Phänomenen manifestieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle