Suche nach neuer Physik und Präzisionsmessung des CKM Matrixelements |Vub| mit dem Belle II Experiment

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Bernlochner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316996433

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt erfolgreich den Aufbau und die Wechselwirkungen der Materie. Neben diesen Erfolgen gibt es allerdings Phänomene, welche das Standardmodell nicht zu erklären vermag, und ein prominentes Beispiel ist die Größe der Materie- und Anti-Materieasymmetrie im Universum. Ende 2018 wird das Super Flavour Factory Experiment Belle II anfangen, große Mengen an B-Mesonen-Zerfällen aufzuzeichnen. Präzisionsmessungen von B-Mesonen erlauben es die Größe von Ladungs- und Paritätsbrechung in deren Zerfällen zu bestimmen und damit die Größe der Materie-Anti-Materie-Asymmetrie in Teilchenzerfällen zu ermitteln. Dies geschieht nicht durch eine einzelne Messung, sondern durch die Bestimmung mehrerer Präzisionsobservablen. Eine starke Abweichung zwischen einzelnen Observablen wäre ein deutliches Zeichen für neue Physik, welche nicht vom Standardmodell beschrieben wird. Das Ziel dieses Antrages ist es eine Präzisionsmessung des CKM-Matrixelementes Vub durchzuführen. Die Größe von Vub ist ein wichtiger Input zur Bestimmung der Größe der Ladungs- und Paritätsbrechung im Standardmodell. Experimentell kann Vub mittels der Präzisionsmessung von semileptonischen B-Mesonen-Zerfällen gemessen werden, entweder mittels exklusiver oder inklusiver hadronischer Endprodukte. Die experimentellen Resultate beider Methoden sind nur marginal miteinander kompatibel und ihre Differenz weist eine statistische Signifikanz von 3.4 Standardabweichungen auf. Eine mögliche Erklärung für diese Inkompatibilität könnte der Gebrauch von Modellfunktionen in den heutigen Bestimmungen von Vub sein. Diese Modellfunktionen beschreiben die funktionelle Form der b-Quark-Impulsverteilung im B-Meson. Um diese Möglichkeit auszuschließen schlägt dieser Antrag eine kohärente Strategie vor, um die Impulsverteilung von b-Quarks im B-Meson zu messen und gleichzeitig Vub zu bestimmen. Dies geschieht durch die Kombination von mehreren Observablen aus radiativen und semileptonischen B-Meson-Zerfällen gemessen mit dem Belle II-Experiment. Als Vorbereitungsarbeit und zum Entwickeln der notwendigen experimentellen Methoden wird der Datensatz des Belle-Experimentes dienen. Die direkte Bestimmung der b-Quark-Impulsverteilung im B-Meson macht das Benutzen von Modellfunktionen in den heutigen inklusiven Vub-Messungen obsolet und wird helfen, die großen Unterschiede zwischen inklusiven und exklusiven Vub-Messungen besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen