Ein Blick durch das Higgs-Fenster und darüber hinaus

01.04.2021 bis 31.03.2024

Wenngleich das Standardmodell der Teilchenphysik die Ergebnisse der Messungen, die in Beschleuniger-Experimenten durchgeführt wurden, bisher sehr gut beschreibt, gibt es noch viele Fragen, die das Standardmodell nicht beantworten kann, wie z.B. was dunkle Materie ist oder warum es mehr Materie als Antimaterie im Universum gibt. Deshalb werden Erweiterungen des Standardmodells betrachtet, die möglicherweise Antworten auf die offenen Fragen liefern können. Oft besitzen diese Erweiterungen einen vergrößerten Higgs-Sektor, d.h. das entdeckte Higgs-Boson wäre nur eines von mehreren mit möglicherweise geringfügig anderen Eigenschaften als die des vom Standardmodell vorhergesagten - daher können die Eigenschaften des entdeckten Higgs-Bosons als Fenster zur neuen Physik dienen. Zum Öffnen dieses Fensters sind jedoch genaue experimentelle Messungen sowie präzise theoretische Vorhersagen erforderlich. Da die experimentellen Ergebnisse keine Hinweise liefern, welche Art neuer Physik erwartetet werden kann, ist es erforderlich, entweder effektive Feldtheorien oder komplementär dazu viele unterschiedliche Erweiterungen des Standardmodells zu untersuchen. Insbesondere für letzteres ist die Automatisierung von Berechnungen präziser Vorhersagen von Observablen wichtig.

Das Ziel dieses Projekts ist folgendes: Zum einen werden die Eigenschaften des entdeckten Higgs-Bosons im Kontext unterschiedlicher Erweiterungen des Standardmodells untersucht und ihre Vorhersagen genauer berechnet und in Computerprogramme, die zur Analyse experimenteller Ergebnisse sowie zu phänomenologischen Studien verwendet werden, implementiert. Dabei werden auch Szenarien, die in Übereinstimmung mit bisherigen experimentellen Ergebnissen sind, identifiziert, mit denen die experimentellen Methoden getestet werden können, und neuen Strategien zur Messung der Higgs-Boson-Eigenschaften gesucht. Auf der anderen Seite werden wir die Beispiele dieser Untersuchungen nutzen, um ein konzeptionelles Verständnis zu erlangen, das für die Entwicklung von Computerprogrammen zur Automatisierung der Berechnungen erforderlich ist und über die Higgs-Boson-Studien hinaus anwendbar sein wird. Neben der Untersuchung spezifischer Erweiterungen des Standardmodells, werden wir auch Modelle auf Basis der effektiven Feldtheorie betrachten und mit spezifischen Erweiterungen verknüpfen.