Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie
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Higgs-Physik
Der Higgs-Mechanismus steht im Zentrum des Standardmodells (SM) der Teilchenphysik und seiner Supersymmetrischen Erweiterungen. Die Massen der Elementarteilchen, der elektroschwachen Eichbosonen und der Leptonen und Quarks, werden durch die ihre Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld erzeugt. Nach der Entdeckung des Higgs-Bosons ist es von fundamentaler Bedeutung, seine Eigenschaften zu erforschen.
Wir arbeiten an der Berechnung von verbesserten Wirkungsquerschnitten am LHC zur Higgs-Produktion im Standardmodell und seinen supersymmetrischen Erweiterungen. Dazu werden elektroschwache und QCD Korrekturen in die Vorhersagen mit einbezogen.
Nicht-Standard Higgs Bosonen können, wenn sie denn existieren, unvorhergesehene Eigenschaften besitzen. Zum Beispiel könnten ihre Wechselwirkungen mit Quarks und Leptonen die CP-Symmetrie verletzen, und zwar in einer vom Kobayashi-Maskawa Mechanismus vollkommen verschiedenen Art und Weise. Wenn die Higgsboson Wechselwirkungen die CP-Symmetrie verletzen, hat das enorme Konsequenzen für die Teilchenphysik und für die Physik des frühen Universums. Deshalb entwickeln wir Methoden zur Erforschung der CP-Eigenschaften des Higgs Bosons am LHC.
Top-Quark Physik
Das Top-Quark ist das schwerste Elementarteilchen, das wir bis heute kennen. Obwohl es 180 mal so schwer wie ein Wasserstoffatom ist (173 GeV/c²), verhält es sich wie ein Elementarteilchen, zumindest auf den Längenskalen, die wir bis heute experimentell testen können. Auch in anderer Hinsicht ist das Top-Quark besonders: sofort nach seiner Erzeugung zerfällt es wieder, noch bevor es mit anderen (Anti)quarks Top-Mesonen oder Top-Baryonen bilden kann. Das Top-Quark bietet deshalb die einzigartige Möglichkeit, die Wechselwirkungen eines "nackten" Quarks zu erforschen.
Aufgrund der hohen Topquark-Produktionsraten wird der LHC am CERN auch gerne als Top-Fabrik bezeichnet: Millionen dieser Quarks werden dort pro Jahr produziert und die Erzeugungs- und Zerfallsreaktionen werden von den Experimenten vermessen. Zur detaillierten Erforschung der Wechselwirkungen dieses Quarks anhand dieser Messergebnisse, also ihrer Interpretation, bedarf es präziser theoretischer Vorhersagen. Unsere Forschung befasst sich mit theoretischen Vorhersagen zu Top-Quark-Produktion und -Zerfall am LHC sowohl im Rahmen des Standardmodells als auch spekulativer Erweiterungen. Insbesondere wird die Rolle des Top-Quarks beim Mechanismus der Massenerzeugung untersucht und besonderes Augenmerk auf Spin-Effekte gelegt.