Spektroskopie von SU(3) Eich-Skalar Theorien

Elementare Skalare, die mit Eichbosonen in Wechselwirkung stehen, sind sehr häufig in der Teilchenphysik. Wenn diese Theorien den Brout-Englert-Higgs-Effekt zeigen, gibt es analytische Voraussagen über ihr Spektrum. Kürzlich zeigten numerische Simulationen jedoch, dass konventionelle analytische Methoden möglicherweise für einige Theorien unzureichend sind. Glücklicherweise sind jedoch neuere, fortgeschrittene analytischen Methoden dazu in der Lage. Allerdings wurden die fortgeschrittenen Methoden bis jetzt nur in einigen der Theorien getestet, in denen es zu qualitativen Unterschieden kommt. Und selbst in diesen Fällen konnten numerische Simulationen nur einige Möglichkeiten und systematische Unsicherheiten abdecken. Das Ziel dieses Projektes ist es, dies zu beheben. Daher werden in diesem Projekt zwei verschiedene Arten von Skalaren simuliert. Das Spektrum der beobachtbaren Teilchen, welches von dem der elementaren abweichen kann, wird bestimmt werden. Die beiden Theorien sind zu einem eine der bereits getesteten, aber mit dem Ziele die Möglichkeiten und systematischen Unsicherheiten deutlich besser zu kontrollieren. Die andere ist eine bis jetzt noch gar nicht simulierte, für die komplett neue Ergebnisse erwartet werden können. Der Vorteil der spezifischen Wahl der Theorien ist, dass große Teile des notwendigen Simulationscodes austauschbar zwischen beiden Theorien sind, und so umfangreiche Synergien in der Codeentwicklung und den Analysestrategien genutzt werden können. Insgesamt werden zwei unabhängige Ziele verfolgt. Zum einen soll das Spektrum beider Theorien zuverlässig mittels der Simulationen bestimmt werden. Zum anderen sollen die analytischen Voraussagen überprüft werden, und damit festgestellt werden, ob die neueren Methoden tatsächlich zuverlässig sind, insbesondere dadurch, dass es für die beiden Theorie qualitative Unterschiede in den Voraussagen zwischen diesen und den konventionellen Methoden gibt.

Dieses Projekt hat eine faszinierende neue Pespektive auf Brout-Englert-Higgs Physik in sogenannten großen vereinheitlichenden Theorien erlaubt. Solche Theorien streben an die fundamentalen Kräfte in der Natur zu vereinen, und würden, z.B., erklären, warum das Wasserstoffatom elektrisch neutral ist. Das ist eine bis jetzt unerklärliche Eigenschaft der Natur, die aber essentiell dafür ist, dass Chemie und Biologie auf eine Art funktionieren, die menschliches Leben erlaubt. Es gab drei Hauptresultate: Zwei sind in Bezug auf diese Idee dass die fundamentalen Kräfte einen gemeinsamen Ursprung haben. Ein Ergebnis ist strukturell und eines über die beobachteten Teilchen. Der strukturelle Aspekt ist darüber, wie solche Theorien realisiert sind. Vor diesem Projekt war nicht klar, wie solche Theorien eine eindeutige Realisierung haben können. Es gab zwei Möglichkeiten. Eine war eine Mischung aller möglichen Realisierungen, und eine wäre eine Auswahl einer bestimmten. Die Resultate von umfangreichen Simulations bevorzugen deutlich das eine Möglichkeit ausgewählt wird, und wie es dazu kommt. In Bezug auf die beobachteten Teilchen gab es bereits vor dem Projekt Hinweise, dass die tatsächlich beobachteten Teilchen stark von den üblicherweise in solchen Theorien vorhergesagten stark abweichen. Numerische Simulationen habe diese Vorläufer Studien bestätigt, und erzwingen daher, dass die Vereinigung neu überdacht wird, und vor allem, ob sie überhaupt möglich ist. Insbesondere wurden gänzlich unerwartete Teilchen gefunden, die eine Erklärung benötigen. Eine solche Erklärung erscheint möglich mit dem sogenannten Fröhlich-Morchio-Strocchi Zugang, welcher mit allen Resultaten der Simulationen übereinstimmt, im Gegensatz zu früheren Herangehensweisen. Dieser Zugang ist auch zentral für das dritte Ergebnis. Dieses kam ursprünglich aus dem Test von Methoden, aber es zeigte auch auf, dass selbst im Standardmodell der Teilchenphysik echt neue Beobachtungen möglich sind an den Experimenten am CERN. Würden diese bestätigt werden, würde das unser Verständnis von Teilchenphysik massiv beeinflussen. Das wird in nachfolgenden Studien untersucht werden, und schließlich im Experiment getestet werden.