Projektbeschreibung
Suche nach Axionpartikeln wird angeheizt
Axion- und axionähnliche Partikel sind hypothetische Elementarteilchen, die über eine gute Motivation für die Theorie verfügen: Sie können das starke CP-Problem beheben, als Kandidat für dunkle Materie agieren und auch eine Erklärung für die berühmte Muon-(g-2)-Diskrepanz bieten. Die experimentelle Suche nach axionähnlichen Partikeln als Kandidaten für dunkle Materie ist noch immer im Gange und wurde in den letzten Jahren sogar noch verstärkt. Keines dieser Experimente hat sich jedoch als empfindlich gegenüber axionähnlichen Partikeln erwiesen, die niedrigenergetische Anomalien wie (g-2) erklären können. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts LightAtLHC sollen alternative Suchansätze eingeführt werden, um axionähnliche Partikel anhand der Daten zu finden, die im Großen Hadronen-Speicherring erfasst wurden. Im Erfolgsfall wird das Forschungsteam entweder die vielversprechendsten Modelle für axionähnliche Partikel in einem Massenbereich zwischen 10 MeV und 1 TeV außer Kraft setzen oder neue Elementarteilchen entdecken.
Ziel
Axions and other very light axion-like particles (ALPs) appear in many extensions of the Standard Model and are well motivated theoretically: ALPs can solve the well-known strong CP problem, act as a dark matter candidate and could also explain the famous muon (g-2) discrepancy. The experimental effort to search for ALPs as dark matter candidates is ongoing and has been considerably intensified in recent years, leading to the proposal and construction of a wide range of dedicated experiments. However, none of these dedicated experiments is sensitive to those ALPs that can explain low-energy anomalies such as (g-2). I propose therefore to pioneer an alternative search strategy for axion-like particles via their decay into two photons, using data collected at the Large Hadron Collider. This approach requires fundamental innovations on the photon identification capabilities of the current detectors as well as radically new analysis strategies.
Within the LightAtLHC project, I will study proton-proton and lead-lead collisions, collected during LHC Run-3, and search for Higgs Boson decays in two ALPs as well as the direct production of ALPs via photon fusion and their subsequent decay into two low-energy photons. To achieve the required sensitivity, I will develop highly specialized photon reconstruction algorithms for the ATLAS detector.
These efforts will largely cover the relevant parameter space, leaving out only a small region. To also close this gap, I will extend the upcoming FASER experiment at the LHC by an innovative presampler detector, which allows for an unambiguous ALPs detection. By the end of the LightAtLHC project, I can either rule out the most promising ALP models in a mass range from 10 MeV to 1 TeV, or discover a new elementary particle.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsparticle accelerator
- natural sciencesphysical sciencesastronomyastrophysicsdark matter
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicshiggs bosons
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
55122 Mainz
Deutschland