Theoretisches Gerüst für Collider-Neutrino-Messungen und die Suche nach schwach interagierende Teilchen am LHC

• Antragsteller: Felix Kling, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560832035

Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) erzeugen einen intensiven und hochenergetischen Neutrinostrahl in Vorwärtsrichtung. Der erste Nachweis dieser Neutrinos durch FASER und SND@LHC markiert den Beginn einer Ära der Collider-Neutrinophysik. Zukünftige Messungen haben das Potenzial, vorhergesagte, aber unbestätigte Phänomene in starker Wechselwirkung, wie Gluonensättigung und intrinsische Charm-Quarks, zu untersuchen. Zudem dienen sie auch als Labor für neue Physik, beispielsweise zur Suche nach Neutrino-Oszillationen oder neutrinophilen Teilchen. Darüber hinaus suchen Vorwärtsphysik-Experimente wie FASER nach dem Zerfall schwach interagierende Teilchen (FIPs), welche beispielsweise vorhergesagt wurden um die Natur und beobachtete Häufigkeit dunkler Materie zu erklären oder das starke-CP Problem zu lösen. Um dieses physikalische Potenzial voll auszuschöpfen, ist ein robuster theoretischer Rahmen erforderlich, welcher die Vorwärtsteilchenproduktion mit ausreichender Genauigkeit vorhersagt, die Phänomenologie von FIPs gründlich beschreibt und eine Interpretation der experimentellen Ergebnisse ermöglicht. Um dieses Ziel zu erreichen, wird dieses Forschungsprogramm i) genauere Vorhersagen des Neutrinoflusses am LHC liefern, ii) ein auf maschinellem Lernen basierendes Inferenz-Rahmenwerk entwickeln, welches die Produktion und Wechselwirkungen von Neutrinos beschreibt, iii) das Potenzial zur Untersuchung der Protonenstruktur, steriler Neutrino Oszillationen sowie neue Teilchen untersuchen und diese mit verfügbaren Daten testen und iv) bisher übersehene Produktionskanäle von FIPs in Monte-Carlo-Generatoren implementieren. Die im Rahmen dieser Forschung entwickelten Werkzeuge und Methoden werden verwendet, um erste Daten von LHC Run 3 zu interpretieren und uns auf zukünftige größere Datensätze vorzubereiten. Diese Bemühungen tragen dazu bei, die Rendite der bereits am LHC getätigten erheblichen Investitionen zu maximieren, indem sie einzigartige Standard-Model Messungen in neuartigen kinematischen Regimen ermögliche und das Potenzial für eine transformative Entdeckung am LHC erhöhen. Dieser Antrag für Sachbeihilfe wird zusammen mit der Bewerbung für das Heisenberg-Programm eingereicht, welche die Erlangung einer Heisenberg-Professur am Fachbereich Physik der Universität Bonn zum Ziel hat. Mit diesem Antrag wird die Finanzierung eines Doktoranden und eines Postdoktoranden angestrebt, die Schlüsselaspekte des geplanten Forschungsprogramms durchführen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen