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Versteckte Sektoren der Teilchenphysik

Mit der Entstehung des Large Hadron Collider (LHC) in der schweizerischen Stadt Genf ist die Teilchenphysik in ihre spannendste Phase eingetreten. Neue Experimente führen die Teilchenphysik in eine datengetriebene Ära.
Versteckte Sektoren der Teilchenphysik
Die Entdeckung des Higgs-Bosons war nur der Anfang dieser Ära, in der riesige Datenmengen von allen experimentellen Fronten aus angeschwemmt werden. Das EU-finanzierte Projekt FDMLHC (From dark matter to the Large Hadron Collider: A new data-driven era) konzentrierte sich auf die Frage, wie ein neuer, versteckter Bereich von Partikeln kommende experimentelle Ergebnisse verändern könnte. Theoretische und datengetriebene Ansätze wurden kombiniert, um die Natur des Higgs-Bosons zu studieren und um nach dunkler Materie zu suchen.

Im Rahmen von FDMLHC wurden die LHC-Daten genutzt, um die Eigenschaften des Higgs-Bosons zu bestimmen. Außerdem wurde nach Teilchen der dunklen Materie gesucht. Obwohl dunkle Materie nicht unmittelbar festgestellt werden kann, hat sich herausgestellt, dass zwischen 90 und 99% der Materie im Universum in dieser noch unentdeckten Form vorliegt.

Zusammen mit Wissenschaftlern des Kooperationsprojekts ATLAS (Abkürzung für „A Toroidal LHC Apparatus“) suchten die FDMLHC-Forscher nach einem verborgenen Bereich bei exotischen Zerfällen des Higgs-Bosons. Das Higgs-Boson besitzt möglicherweise Zerfallskanäle, die durch das Standardmodell – die Theorie, die beschreibt, wie Elementarteilchen interagieren – nicht vorhergesagt werden.

Physikalische Phänomene am LHC außerhalb des Standardmodells und eine ausbleibende Entdeckung schwach wechselwirkender massereicher Teilchen – diese zählen zu den beliebtesten Kandidaten für dunkle Materie – brachten die Projektwissenschaftler dazu, sich auf leichte dunkle Materie zu konzentrieren. Eine Analyse hat gezeigt, dass Teilchen der dunklen Materie mit einer Masse von weniger als 1 Gigaelektronenvolt mittels Atom-Ionisation erfasst werden können.

Das Team untersuchte die kosmologischen Auswirkungen des Gravitinos – des Graviton-Superpartners – und kam zu der Schlussfolgerung, dass die Supersymmetrie-Skala gering und möglicherweise durch LHC-Experimente erreicht werden könnte.

Es wurden neue Klassen supersymmetrischer Modelle entwickelt, welche eine dynamische R-Paritätsverletzung zeigen. Diese Modelle vereinfachen nicht nur die in aktuellen Theorien vorgestellten ad-hoc-Kopplungen, sondern sagen auch eine neue, spezifische Collider-Phänomenologie voraus. In Publikationen wurden die Modellerstellungsaspekte dieser Theorien sowie die erwartete LHC-Phänomenologie beschrieben.

Viele Projektergebnisse aus FDMLHC waren schon für sich genommen signifikant. Vielleicht noch wichtiger war die Demonstration des Potenzials des neuen Verfahrens. Zukünftige Experimente unter Nutzung der Wechselwirkung zwischen leichten Teilchen der dunklen Materie und den Atomelektronen von Halbleitern könnten ein beobachtbares Signal erzeugen.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Large Hadron Collider, Higgs-Boson, dunkle Materie, ATLAS, Zerfallskanal, schwach wechselwirkende massereiche Teilchen, Gravitino, Supersymmetrie, R-Paritätsverletzung
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