Diagnose von Modellen Neuer Physik durch Lepto- und Baryogenese

• Antragstellerin: Professorin Dr. Milada Margarete Mühlleitner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564216559

Während das Standardmodell (SM) auf eine Erfolgsgeschichte zurückblickt, bleiben Fragen offen, die das SM nicht beantworten kann. Zu den prominentesten Fragen gehören die nach dem Verständnis der winzigen Neutrinomassen, nach der Baryonasymmetrie im Universum und was die wahre Natur der Dunklen Materie (DM) ist. Ihre Lösung erfordert Physik jenseits des Standardmodells. Bisher gibt es keinen direkten Hinweis auf neue Physik, und das entdeckte Higgsboson verhält sich sehr SM-artig. Dies macht die Suche nach neuer Physik besonders schwierig und erfordert die Verwendung aller zur Verfügung stehenden Informationen. Um die extrem kleinen Neutrinomassen zu verstehen, verwendet eine Klasse von Modellen den sogenannten Seesaw Mechanismus, der in seiner einfachsten Form das SM um zusätzliche sterile schwere Neutrinos erweitert. Eine attraktive Variante hiervon ist der inverse Seesaw Mechanismus, der die Seesaw-Skala näher an die elektroschwache Skala rückt, indem ein elektroschwaches Singulett eingeführt wird. Ein dynamischer Mechanismus für die Erzeugung der Baryonasymmetrie ist durch die elektroschwache Baryogenese gegeben, vorausgesetzt die drei Sakharov Bedingungen werden erfüllt. Leptogenese ist eine besondere Variante der Baryogenese, bei der die Asymmetrie durch CP-verletzende Zerfälle der zusätzlichen schweren Neutrinos zuerst zwischen Leptonen und Antileptonen erzeugt wird, welche dann durch Baryonzahl-verletzende Prozesse in eine Baryonasymmetrie transformiert wird. In diesem Projekt untersuchen wir zwei vielversprechende Mechanismen für die Erzeugung der Baryonasymmetrie, Leptogenese und elektroschwache Baryogenese, in Verbindung mit Beschleuniger und DM Observablen sowie Neutrino-Daten als Diagnose-Werkzeuge für das neue SM. Wir werden in unserer Analyse hochpräzise Vorhersagen für die relevanten Parameter und Observablen erarbeiten und verwenden. Wir werden diese Untersuchung mit den Implikationen für den erlaubten Parameterraum and die Beschleunigersignaturen verbinden. Wir werden fortschrittliche neue Computerprogramme entwickeln und/oder bestehende erweitern, für die Berechnung der Leptogenese und der Baryogenese, für die Berechnung der DM Observablen (Reliktdichte, Wirkungsquerschnitte für den direkten DM Nachweis) sowie für effiziente Parameterscans. Die kombinierte Verwendung der komplementären Informationen aus Teilchenphysik, Astroteilchenphysik und Kosmologie wird es uns erlauben, die Landschaft neuer Physik aus verschiedenen Richtungen einzuschränken. Wir werden auf zweifache Weise den Pfad ebnen für zukünftige Einblicke in das wahre Modell, das der Natur zugrunde liegt: Wir werden Observablen entwickeln, die die abgeleitete Phänomenologie an gegenwärtigen und zukünftigen Beschleunigern, DM-, Neutrino- und Gravitationswellenexperimenten testen. Wir werden Richtlinien entwickeln für das Bauen von Modellen, welche die dann noch offenen Fragen klären. Die entwickelten Programme werden öffentlich zur Verfügung gestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Vietnam
• Partnerorganisation: National Foundation of Science and Technology Development of Vietnam (NAFOSTED)
• Kooperationspartnerin: Dr. Thi Nhung Dao