Zukunftsweisende Studien lassen neue Modelle in der Teilchenphysik erahnen
Das Quark-Confinement ist eines der schwierigsten Probleme der Teilchenphysik. Diese Elementarteilchen können nicht isoliert und auf diese Weise direkt beobachtet werden, sondern klumpen zusammen und bilden Gruppen bzw. Hadronen. Deshalb können sie nie direkter als auf Hadronenniveau untersucht oder beobachtet werden. In der Quantenchromodynamik (QCD) erklärt man, wie Quarks und Gluonen durch starke Wechselwirkungen gebunden sind und Hadronen wie etwa das Proton und das Neutron bilden. Die Dynamik des Quark-Confinement kann in Form sogenannter hadronischer Matrixelemente parametrisiert werden. Im Rahmen des von der EU finanzierte Projekts HPFPLATTICEQCD (High precision flavour physics using lattice QCD) haben sich Wissenschaftler mit hochpräzisen Berechnungen der hadronischen Matrixelemente beschäftigt, die zur Analyse von aktuellen und zukünftigen experimentellen Daten mittels Gitter-QCD gebraucht werden. Das Ziel bestand im Endeffekt darin, strenge experimentelle Versuche zum Standardmodell, der theoretischen Grundlage der Teilchenphysik, durchzuführen und möglichen neuen Theorien jenseits des Standardmodells Schranken zu setzen. Das Team führte zahlreiche Untersuchungen zu verschiedenen Flavour-Observablen durch, wobei man in den meisten Fällen die genauesten Resultate über messbare Größen erzielte und die Unsicherheiten früherer Studien reduzieren konnte. Experimentelle Resultate zeigten eine gute Übereinstimmung mit theoretischen Prognosen. Die Ergebnisse können nun von anderen Forschungsteams bei der Suche nach neuen Antworten in der Physik und zur Festlegung von Einschränkungen für neue Theorien verwendet werden. Überdies fanden die Wissenschaftler mehrere Spannungen (Tensions) in Standardabweichungen zwischen den Vorhersagen gemäß Standardmodell und experimentellen Messungen sowie Inkonsistenzen in der Beschreibung des Standardmodells. Einige dieser Unterschiede deuten auf eine aufkommende globale Spannung hin und könnten durch Beiträge aus der Physik jenseits des Standardmodells erklärt werden. Es ist zusätzliche Arbeit erforderlich, um die Existenz dieser Spannungen zu bestätigen. HPFPLATTICEQCD verzeichnete bedeutende Fortschritte bei der präzisen Beschreibung von Abweichungen von Vorhersagen gemäß Standardmodell. Abweichungen dieser Art, die nicht durch das Standardmodell erklärt werden können, eröffnen neue spannende Möglichkeiten für die Teilchenphysik.
Schlüsselbegriffe
Teilchenphysik, Quarks, Confinement, Gitter-QCD, Gitter-Quantenchromodynamik, Standardmodell
