Baryogenese, Dunkle Materie und Neutrinos: Umfassende Analysen und präzise Methoden in der Teilchenkosmologie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Julia Harz
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400234416

Obwohl Materie generell aus Teilchen und Antiteilchen bestehen kann, ist unser Universum zu einem ueberwältigenden Anteil aus Teilchen geformt. Wir bestehen aus Atomen und Molekülen deren Masse von Baryonen dominiert wird, nämlich von Protonen und Neutronen. Da wir kaum Antibaryonen um uns herum messen, musste in der Entwicklung unseres Universums zu einem Punkt ein Ungleichgewicht generiert worden sein. Weniger direkt sichtbar, aber dennoch von vielen unabhängigen Experimenten bestätigt, ist die Existenz einer nicht sichtbaren Form von Materie, der dunklen Materie, die 25% unseres Universums ausmacht. Ein weiteres offenes Rätsel der modernen Physik ist der Mechanismus hinter der Erzeugung von Neutrinomassen. Neutrinos sind die leichtesten bekannten fermionischen Teilchen, die unser aktuelles Standardmodell als masselos beschreibt. Allerdings konnten Neutrinoexperimente zeigen, dass Neutrinos miteinander mischen, was nur möglich ist, wenn diese eine Masse aufweisen. All diese offenen Fragestellungen - der Ursprung der Baryonasymmetry, die Teilchennatur der Dunklen Materie sowie Neutrinomassen - können wir mit unserem aktuellen Verständnis des Standardmodells nicht erklären und deuten dadurch auf die Existenz von neuer Physik hin, die unserer Entdeckung bedarf. Die Forschung innerhalb der Emmy Noether Nachwuchsgruppe soll in der spannenden Suche nach noch unbekannter Physik Fortschritt bringen, am Schnittpunkt von Teilchenphysik und Kosmologie, Theorie und Experiment. Umfassende Analysen werden durchgeführt, die die enge Verknüpfung und Komplementarität zwischen Experimenten der Teilchenphysik und Kosmologie nutzt, um neue Grenzen an theoretische Modelle zu setzen. Neue Programme sollen entwickelt werden, die es ermöglichen eine beispiellose Genauigkeit in der theoretischen Berechnung zu erlangen, deren Präzision momentan noch nicht der experimentellen entspricht und uns daher in unseren Möglichkeiten, theoretische Modelle auszuschließen, limitiert. Im Mittelpunkt steht ebenso die Untersuchung möglicher theoretischer Verbindungen zwischen den Mechanismen, die die Baryonasymmetry, Dunkle Materie und die Neutrinomassen erklären sowie die Entwicklung geeigneter Methoden zur Analyse experimenteller Daten, um die möglichen Theorien bestmöglich einzugrenzen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen