Supersymmetrische Flavour Physik am LHC auf one-loop level

Das Projekt "Supersymmetrische Flavour Physik am LHC auf one-loop level" ist ein neues Forschungsprojekt des Instituts für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Wien. Das Hauptthema des Projektes ist das Studium der Flavour-Struktur in supersymmetrischen Erweiterungen des Standardmodels der Teilchenphysik unter Ein- beziehung von Strahlungskorrekturen infolge der starken und elektroschwachen Wechsel- wirkungen. Den Rahmen für diese Studien bildet das Minimale Supersymmetrische Standard- modell (MSSM). Wir wollen für den Large Hadron Collider (LHC) Produktions- und Zerfallsraten von Higgs- und supersymmetrischen Teilchen mit Einschleifenkorrekturen (one-loop corrections) berechnen. Die derzeitigen Messungen am LHC ermöglichen eine direkte Überprüfung von Vorhersagen unterschiedlicher Theorien der Teilchenphysik. Die unlängst erfolgte Entdeckung des Higgs-Bosons bestätigt den großen Erfolg des Standardmodells (SM). Infolge der hohen Kollisionsenergie am LHC wird es möglich sein, Teilchen zu entdecken, die von supersymmetrischen Theorien vorhergesagt werden. Das Minimale Supersymmetrische Standardmodel in seiner allgemeinsten Form beinhaltet eine Mischung der Quark Flavours im Squark Sektor, welche nicht mit dem SM zusammenhängt. Trotz der starken Einschränkungen durch seltene Meson-Zerfälle kann Quark-Flavour- Verletzung im MSSM die Teilchen-Phänomenologie spürbar beeinflussen. Bis jetzt wurden in allen Studien hinsichtlich Quark-Flavour-Verletzung im MSSM die auftretenden Prozesse in niedrigster Näherung berechnet. Nichtsdestotrotz können Korrekturen höherer Ordnung einen starken Einfluss auf die Teilchen-Phänomenologie haben. In diesem Projekt wollen wir Effekte von Quark-Flavour-Verletzung im MSSM auf vollem Einschleifenniveau studieren. Derzeit gibt es kein öffentlich zugängliches Computerprogramm, das MSSM-Prozesse auf Einschleifenniveau berechnet, welches Flavour-Verletzung einbezieht. Unser Ziel ist es, ein Computerprogramm für die Berechnung von Flavour sensitiven Observablen in Higgs- und Sfermionprozessen im allgemeinen MSSM auf vollem Einschleifenniveau zu entwickeln. Solch ein numerisches Programm erlaubt, die Effekte infolge Quark-Flavour- Verletzung im MSSM im Detail studieren zu können. Zusätzlich erhält man Aufschluss über die zu Grunde liegenden Parameter und ihre mögliche Bestimmung. In unseren Untersuchungen werden alle existierenden experimentellen Einschränkungen berücksichtigt.

In diesem Projekt studierten wir die Implikationen von Supersymmetrie (SUSY) an Beschleunigerexperimenten in einem Modell, in welchem eine Quark-flavour-Mischung (QFM) im Squark- (die Superpartner der Quarks) Sektor auftritt. Infolge dieser zusätzlichen Mischung fanden wir große Abweichungen von den Vorhersagen des Standard Modells der Elementarteilchen in den Zerfallsraten des leichtesten Higgs Bosons, welches in ein charm-Quarkpaar zerfallt. Im Falle des Zerfalles in ein bottom-Quarkpaar waren die Abweichungen sogar schon groß ohne diese Mischung. Wir studierten auch den Einfluss dieser QFM bei der Produktion von Squarks und anschließenden Zerfallen in Higgs und/oder massiven Kräfteteilchen am LHC und unlängst ebenfalls Gluino (Superpartner des Gluons) Zerfälle in diesem Modell erstmalig auf sogenannten vollem One-loop level. Wir schlossen aus diesen Arbeiten, dass dieser Quark flavour- Mischungeffekt starke Auswirkungen bei der Suche nach SUSY Teilchen am LHC haben kann. SUSY kann auch die Gravitation miteinbeziehen. In diesem Fall bekommt auch das Graviton einen Partner, das Gravitino. Wir berechneten alle Zwei- und Dreikörperzerfälle, wobei ein entstandenes SUSY-Teilchen stabil ist und die Dunkle Materie (DM) bilden konnte. Auch der Fall, wo das Gravitino selbst der Kandidat für DM ist, wurde studiert. Alle Ergebnisse wurden der Öffentlichkeit im numerischen Paket GravitinoPack zugänglich gemacht. Diese Rechnungen sind besonders wichtig für das Verstehen der Dynamik im Frühen Universum.Was ist nun Supersymmetrie und was folgert daraus für die Teilchenphysik? Symmetrien spielen in der Physik - wie in der Kunst - eine zentrale Rolle, da sich in ihnen die Grundprinzipien der Natur manifestieren. Es gibt sogar einen mathematischen Beweis dafür, dass in der Welt der Elementarteilchen als größtmögliche Symmetrie diese Supersymmetrie in der Natur möglich ist. Das würde bedeuten, dass es zu jedem uns bekannten Teilchen ein Partnerteilchen geben muss. Wir wissen aber, dass diese Teilchen viel schwerer sein müssen als die uns bekannten Teilchen. Im experimentellen Programm des Teilchenbeschleunigers LHC am CERN ist die Suche nach diesen SUSY-Teilchen derzeit ein zentrales Thema. Aber schon das sogenannte Minimale Modell hat viele zusätzliche frei Parameter. Leider wurde in den simpelsten Realisierungen dieses Modells noch kein SUSY Teilchen gefunden. Ein logischer nächster Schritt ist nun den Einfluss dieser QFM auf die Vorhersagen zu studieren, was in diesem Projekt auch gemacht wurde.