Leichte Elementarteilchen in Stringtheorie und Holographie

Das Standardmodell (SM) ist die genaueste Theorie, die je aufgestellt wurde, und nach der Entdeckung des berühmten Higgs-Teilchens im Jahr 2012 ist sie auch vollständig. Mehrere theoretische Probleme wie die Tatsache, dass Neutrinos massiv sind, die Existenz Dunkler Materie (DM), die fünfmal häufiger vorkommt als gewöhnliche Materie, und das Fehlen einer konsistenten Theorie der Quantengravitation lassen Physiker jedoch glauben, dass das SM nur eine effektive Manifestation einer grundlegenderen Theorie ist. Das aktuelle Projekt zielt darauf ab, eine unbekannte Möglichkeit zu erforschen, die eine Erweiterung der SM um einen großen, unsichtbaren Sektor/Welt in Betracht zieht, der nur sehr schwach mit der SM wechselwirkt. In diesem Modell entstehen neue Teilchen aus dem verborgenen Sektor, und dieses Projekt zielt darauf ab, ihr Verhalten zu analysieren und ihre phänomenologischen Implikationen zu untersuchen. Wir werden uns hauptsächlich auf Folgendes konzentrieren Anomales Z`: eine besondere Art von massiven Teilchen, die mit den SM-Teilchen wechselwirken (sie verhalten sich wie das Z-Teilchen des SM). Z` ist eines der populärsten Szenarien für die Physik jenseits des SM, nach dem am LHC am CERN intensiv gesucht wird. Solche Teilchen können Unterschiede zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Beobachtungen erklären, wie etwa die Diskrepanz beim magnetischen Moment des Myons. Daher sind die phänomenologischen Implikationen ihres Vorhandenseins von großem Interesse. Emergente Axionen: neue Teilchen, die nur schwach an das SM gekoppelt (und daher fast unsichtbar) sind und möglicherweise einen Beitrag zur Entwicklung des Universums leisten und auch potenzielle Kandidaten für Dunkle Materie sind. Diese Teilchen werden ebenfalls ausgiebig untersucht; unsere emergenten Versionen haben jedoch ein anderes Verhalten als die bisher untersuchten Axionen. Emergente Neutrinos: Eine besondere Version von Neutrinos, die aus dem zusätzlichen/unsichtbaren Sektor stammt, ist eine unerforschte Möglichkeit. Sie ermöglicht eine andere Herangehensweise an die Neutrinophysik und führt zu neuen Ansätzen für die Leptogenese und Baryogenese in der Frühphase des Universums. Alle diese neu entstehenden Felder unterscheiden sich qualitativ von dem, was bisher betrachtet wurde. Unsere Ergebnisse sollen in Zukunft mit experimentellen Daten des LHC und anderer Experimente verglichen werden.

Die heutige Physik wird durch das sogenannte Standardmodell beschrieben - die genaueste Theorie, die jemals entwickelt wurde. Seit der Entdeckung des Higgs-Teilchens im Jahr 2012 gilt sie als vollständig. Dennoch bleiben viele Rätsel ungelöst: Neutrinos besitzen eine Masse, die sichtbare Materie macht nur einen kleinen Teil des Universums aus, und eine einheitliche Theorie der Gravitation auf Quantenebene fehlt. Diese offenen Fragen deuten darauf hin, dass das Standardmodell nur ein Teil eines umfassenderen, grundlegenden Bildes ist. Dieses Projekt untersuchte eine neuartige Möglichkeit - die Existenz einer verborgenen Welt aus Teilchen, die nur sehr schwach mit der uns bekannten Materie wechselwirken. Obwohl sie für unsere heutigen Detektoren unsichtbar sind, könnten sie messbare Spuren in hochpräzisen Experimenten oder in der Entwicklung des Universums hinterlassen. Im Mittelpunkt der Forschung standen drei Themen: Anomale Z-Teilchen - schwere Verwandte des bekannten Z-Bosons, die kleine Abweichungen zwischen Theorie und Experiment erklären könnten, etwa beim magnetischen Moment des Myons. Emergente Axionen - extrem leichte Teilchen, mögliche Bestandteile der Dunklen Materie, die die Geschichte des frühen Universums beeinflusst haben könnten. Emergente Neutrinos - neue Formen von Neutrinos aus dem verborgenen Sektor, die einen Beitrag zur Entstehung des Materieüberschusses im Kosmos leisten könnten. Im Verlauf des Projekts wurden theoretische Modelle entwickelt, die zeigen, wie solche Teilchen entstehen könnten und auf welche Weise man sie in Experimenten wie am Large Hadron Collider (CERN) aufspüren kann. Die Ergebnisse wurden in internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht und schlagen eine Brücke zwischen hochabstrakter Theorie und realen Beobachtungen. Das Projekt liefert neue Impulse für unser Verständnis der Dunklen Materie, der Frühzeit des Universums und der fundamentalen Naturgesetze. Es endete im Dezember 2024, als der Projektleiter eine neue Tätigkeit als Scientific Officer bei der Europäischen Forschungsrats-Agentur (ERCEA) aufnahm und so weiterhin zur Förderung exzellenter Forschung in Europa beiträgt.