Präzisionssuchen nach neuer Physik mit geboosteten Bosonen kombiniert

• Antragsteller: Dr. Andreas Hinzmann
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 312958277

Die Frage nach den Gründen für die Existenz der enormen Grössenunterschiede in den Stärken der im Standard Model beschriebenen Kräfte (elektroschwach, stark) und der Gravitationskraft stellt heute eine der grössten, ungeklärten Probleme der Physik dar. Eine Beschreibung aller Kräfte in einer gemeinsamen Theorie muss diese Hierarchie erklären. Die Daten, die das CMS-Experiment am Large Hadron Collider (LHC) in den Jahren 2015-2018 bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufgezeichnet hat, könnten diese Frage endlich klären. Mögliche Szenarien neuer Physik, die eine Antwort auf diese Frage liefern, sind Extradimensionen oder ein zusammengesetztes Higgs-Boson, deren gemeinsame Signatur am LHC resonante oder nicht-resonante Paarproduktion hochenergetischer W-, Z- und Higgs-Bosonen ist. Eine präzise Messung an der TeV-Skala ist darum von höchster Wichtigkeit und soll als Kernziel dieses Projektes angegangen werden. Die hochenergetischen W-, Z- und Higgs-Bosonen, die hauptsächlich in Quark-Antiquark-Paare zerfallen, bilden massive Teilchenjets im Detektor, die komplexe Rekonstruktionstechniken basierend auf Jetsubstruktur erfordern, um sie zu identifizieren, und stellen damit eine große technische Herausforderung für dieses Projekt da. Während das CMS Experiment noch über ein Jahrzehnt mit der Datenaufnahme fortfahren wird um die statistischen Unsicherheiten der Messung von Boson-Paarproduktion zu reduzieren, sind die beiden wichtigsten Bereiche um kurzfristig signifikant an Sensitivität zu gewinnen, die statistische Kombination von Messungen und Fortschritte in der Kalibration und Simulation von Jetsubstruktur. Erstens wird in diesem Projekt eine experimentübergreifende Interpretation von Jetsubstruktur Messungen verfolgt, um die Simulation und das Verständnis der Unsicherheiten zu verbessern. Zweitens wird eine Kombination aller CMS Messungen der Boson-Paarproduktion und Resonanzsuchen mit weiterentwickelter Kalibration und Simulation von Jetsubstruktur durchgeführt. Mit der Untersuchung der Bosonpaarmassenspektren bei den höchsten Energien mit noch nie zuvor erreichter Präzision birgt dieses Projekt erhebliches Entdeckungspotential für neue Physik.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen