Projektbereich C: Schwere Quarks und Flavour Physik

In der gegenwärtigen Elementarteilchenphysik spielt die Frage nach dem Ursprung der Fermionmassen, der Flavour-Mischung und der CP-Verletzung eine zentrale Rolle. Wesentliche Fortschritte bei der Beantwortung dieser Fragen erwartet man, was den Quarksektor betrifft, vor allem von der detaillierten Erforschung der Quarks der dritten Generation, den bottom- und top-Quarks.

Die Aufklärung flavour-ändernder Wechselwirkungen im Standardmodell und die mögliche Entdeckung neuer Wechselwirkungen wird in Reaktionen von Quarks durch die allgegenwärtige starke Wechselwirkung erschwert. In der Praxis erhält die präzise Behandlung der starken Wechselwirkung der schweren Quarks deshalb großes Gewicht. In der Physik von b-Hadronen muss in der Regel eine Kombination von störungstheoretischen und nicht-störungstheoretischen Methoden angewandt werden. Erzeugungs- und Zerfallsreaktionen von Top-Quarks sind zwar störungstheoretisch berechenbar. Allerdings ist auch hier die Entwicklung von Methoden notwendig, die über Standardverfahren der Störungstheorie hinausgehen, etwa aus dem Bereich der nichtrelativistischen effektiven Feldtheorien, zur Beschreibung instabiler Teilchen, und zur effizienten Behandlung massiver Quarkjets. In dieser Hinsicht vereint der Projektbereich C die Schwerpunkte "Gittereichtheorie" und "Berechnung von Vielschleifendiagrammen" des beantragten Sonderforschungsbereiches in der Anwendung auf die Physik schwerer Quarks.

Zum Erreichen der oben definierten Ziele -- Kontrolle der starken Wechselwirkung und Auklärung der schwachen und neuer Wechselwirkungen -- sind vier Teilprojekte mit folgenden Schwerpunkten erforderlich:

C1 Starke Wechselwirkung in B-Meson Zerfällen
C2 Bestimmung der CKM-Matrix, CP-Verletzung und neue Physik
C3 Top-Quark-Physik nahe der Paarproduktionsschwelle
C4 Top-Quark-Physik an Collidern

Das quantitative Verständnis der starken Wechselwirkung in B-Meson Zerfällen ist Ziel des Projekts C1. Einerseits soll die nichtperturbative Methode der HQET auf dem Gitter vorangetrieben werden, wobei insbesondere Fortschritte bei deren nichtperturbativen Renormierung und dem Erreichen des Kontinuumslimes erzielt werden sollen. Andererseits werden die den Gittersimulationen äußerst schwer zugängigen nichtleptonischen Zerfälle mittels perturbativer Faktorisierungsansätze behandelt. Hierbei wird sowohl Wert auf den Beweis der Faktorisierungshypothese als auch auf die phänomenologische Anwendung, insbesondere für die Bestimmung der Winkel des Unitaritätsdreiecks gelegt. Die Ergebnisse der beiden Zugänge fliessen in eine verbesserte Bestimmung der CKM-Matrix ein.

Im Projekt C2 soll die schwache Wechselwirkung, insbesondere von b-Quarks, untersucht werden. Hierzu sollen einerseits die Vorhersagen des Standardmodells weiter präzisiert werden, um zusammen mit den Daten der B-Physik Experimente der ersten Generation (BaBar, Belle, CDF) einen Test des Flavour-Sektors des Standardmodells zu ermöglichen. Andererseits sollen die Effekte möglicher neuer Wechselwirkungen in den schwachen Zerfällen schwerer Quarks betrachtet werden. Mit Hilfe der Daten von den B-Physik Experimenten der zweiten Generation (ATLAS, CMS, LHC-b, BTeV) werden dann stringente Einschränkungen an oder Hinweise auf Physik jenseits des Standardmodells möglich werden.

Die Physik des Top-Quarks nahe der tt-Paarerzeugungsschwelle ist Gegenstand des Projekts C3. Es werden Rechnungen durchgegführt, welche die Voraussetzung dafüur liefern, dass aus diesem kinematischen Bereich die Masse des Top-Quarks mit einer Genauigkeit von 0.05% bestimmt werden kann, und eine Extraktion der Yukawa-Kopplung und (hypothetischer) anomaler Kopplungen möglich wird. Dazu werden die starken und elektroschwachen Korrekturen im Standardmodell mit Methoden der nichtrelativistischen Feldtheorie und der Renormierungsgruppe untersucht.

Ziel des Projekts C4 sind Präzisionsvorhersagen über die Erzeugung und Zerfälle schwerer Quarks, insbesondere von Top-Quarks, durch hochenergetische Proton-(Anti)Proton- und durch Elektron-Positron-Kollisionen. Schwerpunkte des Vorhabens sind die detaillierte theoretische Analyse der hadronischen und leptonischen Top-Quark Paarproduktion unter Berücksichtigung der starken und der elektroschwachen Wechselwirkungen, und in methodischer Hinsicht die Entwicklung eines effizienten Jet-Kalküls für massive Quarks. Weiterhin sind Untersuchungen des Einflusses neuer Wechselwirkungen auf die Erzeugung und Zerfälle von Top-Quarks geplant, insbesondere zur Wechselwirkung schwerer Quarks mit Higgs-Bosonen bzw. mit dem elektroschwachen Symmetriebrechungssektor.

Letzte Änderung: 23.05.2005