Präzise Vorhersagen für schöne Observablen B-Hadron-Zerfälle zur Untersuchung des Standardmodells und zur Suche nach Neuer Physik verwenden

• Antragsteller: Dr. Nico Gubernari
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558599025

Das Standardmodell der Teilchenphysik (SM) kann trotz seines beeindruckenden experimentellen Erfolgs nicht die endgültige Theorie der Natur sein. Tatsächlich ist es nicht in der Lage, Phänomene wie Gravitation, Dunkle Materie und die Materie-Antimaterie-Asymmetrie zu erklären. Direkte Suchen nach neuen Teilchen in Hochenergie-Kollidorexperimenten haben bisher keine Hinweise auf Neue Physik (NP) gefunden. Die Flavour-Physik bietet komplementäre Möglichkeiten, das SM bis hin zu sehr hohen Energieskalen durch indirekte Suchen zu testen. Diese Suchen zielen darauf ab, Abweichungen in den experimentellen Messungen von den berechneten SM-Vorhersagen zu finden. Auf diese Weise können potenzielle Effekte von NP bei Energieskalen untersucht werden, die über die Reichweite von terrestrischen Kollidorexperimenten hinausgehen. Die gründliche Untersuchung von b-Hadron-Zerfällen (z.B. B-Meson und Λ_b-Baryon) in den letzten zwei Jahrzehnten hat zu starken Einschränkungen für NP geführt, was eines der wichtigsten Erfolge der Flavour-Physik bis heute ist. Nichtsdestotrotz sind genauere und präzisere theoretische Vorhersagen notwendig, um NP weiter einzugrenzen und möglicherweise eine neue Entdeckung zu machen. Diese Aufgabe ist besonders herausfordernd für diese Zerfälle, da die Genauigkeit der meisten aktuellen Vorhersagen durch die hadronischen Matrixelemente (MEs) beeinträchtigt wird, die extrem schwer zu berechnen sind. Das übergeordnete Ziel dieser Emmy-Noether-Gruppe ist es, einen Durchbruch in der theoretischen Präzision von b-Hadron-Zerfällen zu erzielen. Dieses Ziel wird erreicht, indem neue Werkzeuge für Berechnungen und Analysen entwickelt werden (wie neue B- und Λ_b-Verteilungsamplituden und neuartige Parametrisierungen für die MEs) und indem die unbekannten Leistungskorrekturen zu den MEs in b-Hadron-Zerfällen berechnet werden (wie B→Kμμ, B→πμμ, Λ_b→Λμμ und Λ_b→Λ_cμν). Mein Vorschlag ist äußerst aktuell, da die experimentelle Präzision mehrerer Schlüsselgrößen die Präzision der SM-Vorhersagen übertroffen hat. Darüber hinaus werden der LHC Run 3 und das Belle II Programm in den kommenden Jahren eine enorme Menge an Daten sammeln, was zu einer weiteren Reduktion der experimentellen Unsicherheiten führen wird. Daher ist eine massive Verbesserung auf der theoretischen Seite dringend erforderlich, um die experimentellen Daten vollständig auszuschöpfen. Diese Verbesserung wird sich in drei Hauptbereichen auf das Feld auswirken. Erstens werden präzisere Vorhersagen es ermöglichen, NP weiter einzugrenzen. Zweitens sind sie entscheidend für das Verständnis, ob die Spannungen zwischen Theorie und Experiment, die bei b-Hadron-Zerfällen beobachtet werden, auf eine Unterschätzung der theoretischen Unsicherheiten zurückzuführen sind oder ob sie echte Anzeichen von NP sind. Drittens wird eine höhere Präzision der theoretischen Vorhersagen zu einer besseren Bestimmung der fundamentalen Parameter des SM führen (z.B. |V_ub| und |V_cb|).

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Méril Reboud