Projektbeschreibung
Dunkle Materie und Materie-Antimaterie-Asymmetrie im Teraelektronenvoltmaßstab
Ein Großteil der Materie des Universums besteht aus noch immer unbekannten Teilchen, die als dunkle Materie bezeichnet werden. Darüber hinaus gibt es unter den bekannten Teilchenarten in unserem Universum nur Teilchen und keine Antiteilchen. Der Ursprung dieses Überschusses an gewöhnlicher Materie im Vergleich zu Antimaterie und die Eigenschaften dunkler Materie gehören zu den grundlegendsten Fragen der Physik. Inzwischen sind Versuche im Gange, um durch Experimente die Existenz von Teilchen mit Massen von mehreren Teraelektronenvolt nachzuweisen. Solche schweren Teilchen könnten die dunkle Materie bilden oder an der Entstehung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie beteiligt gewesen sein. Es wird davon ausgegangen, dass ihre Interaktionen wichtige nichtperturbative Effekte umfassen, insbesondere die Bildung gebundener Zustände. Das EU-finanzierte Projekt CosmoChart wird diese Effekte auf die thermische Entkopplung dunkler Materie und die Entstehung der Materie-Antimaterie-Asymmetrie in den Anfängen des Universums ergründen.
Ziel
The origin of the matter-antimatter asymmetry of the universe and the nature of dark matter are among the most fundamental and challenging questions in physics. Their undeniable importance has placed them in the forefront of the experimental and theoretical research in particle physics, cosmology and astrophysics. Our experimental probes are now at the outset of exploring the multi-TeV energy scale. To fully exploit the experimental effort, to design effective search strategies and correctly interpret the experimental results, we must develop reliable theoretical understanding of the plausible dynamics at this scale.
The TeV scale is a new threshold. In this regime, the interactions hypothesised in a variety of well-motivated theories manifest as long-range. This is true for the most widely studied particle-physics scenario for dark matter, particles coupled to the Weak interactions of the Standard Model, as well as many other models. Moreover, many theories of matter-antimatter asymmetry generation invoke heavy particles that couple to lighter force mediators.
Long-range interactions imply very different dynamics than the contact-type interactions most commonly considered in the past. They give rise to non-perturbative effects, with the most prominent being the existence of bound states. Such effects can change the experimental signatures very significantly. CosmoChart will comprehensively investigate the implications of long-range interactions along two directions:
I. The dark matter thermal decoupling in the early universe and indirect detection.
II. The particle-antiparticle asymmetry generation and washout.
The results will have implications for most experimental probes. As the long-range dynamics becomes increasingly more important at higher scales, the investigations of CosmoChart will chart particle cosmology at the TeV scale and beyond.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
75006 Paris
Frankreich