Messungen seltener Beauty-Zerfälle als Test für Neue Physik

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Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die bekannte Materie und ihre Wechselwirkungen bislang sehr erfolgreich. Es lässt jedoch einige Fragen offen, wie zum Beispiel die Natur der dunklen Materie oder die Hierarchie der Massen und Kopplungen von Quarks und Leptonen. Aus diesen Gründen wird nach Erweiterungen des Standardmodells, sogenannter Neuer Physik, gesucht. Alle Standardmodellerweiterungen führen zusätzliche Quantenkorrekturen ein. Zerfallsraten von im Standardmodell stark unterdrückten Prozessen sind besonders sensitiv auf diese Korrekturen. Der Energiebereich, der so durch indirekte Messungen getestet werden kann, liegt etwa eine Größenordnung über dem durch direkte Messungen zugänglichen Bereich. Viele der fundamentalen Entdeckungen der Teilchenphysik, wie zum Beispiel die Entdeckung des Charm-Quarks oder die Existenz der dritten Quarkfamilie, wurden zuerst in indirekten Suchen nachgewiesen. Das LHCb-Experiment am CERN ist auf Präzisionsmessungen im System der Beauty- Mesonen spezialisiert. In den letzten beiden Jahren wurde am LHCb-Experiment der weltgrößte Datensatz an Beauty-Mesonen aufgezeichnet, und in den nächsten fünf Jahren wird dieser Datensatz voraussichtlich um einen Faktor zehn vergrößert. Das sind optimale Bedingungen für indirekte Suchen nach Neuer Physik in seltenen Beauty-Zerfällen. Folgende Analysen sind in dem vorliegenden Forschungsvorhaben am LHCb-Experiment geplant: Messung des Verzweigungsverhältnis sehr seltener Beauty-Zerfälle, Test der Erhaltung der Lepton-Familienzahl und Test der Operatorstruktur der stattfindenden Wechselwirkung. Diese drei Analysen haben gemeinsam ein hohes Entdeckunspotential im Rahmen vieler potentieller Erweiterungen des Standardmodells, wie zum Beispiel supersymmetrische Erweiterungen oder Little-Higgs-Modelle. Wenn keine Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells gefunden werden, wird der Parameterraum dieser Modelle erheblich eingeschränkt werden. In dem vorgestellten Projekt ergeben sich viele Synergieeffekte bei den benötigten Analysewerkzeugen, während die Physikergebnisse der drei Analysen komplementär sind und damit eine große Bandbreite Neuer Physik Modelle testen.