Majorana-artige Dunkle Materie und ihre Rolle in Anoma

Majorana-artige Dunkle Materie und ihre Rolle in Anomalien der B-Physik
Dimitrios Skodras
Theoretische Physik IV, TU Dortmund
Das Standard Modell der Teilchenphysik (SM) kann als eine Sammlung fundamentaler Materieteilchen und ihrer Wechselwirkungen untereinander verstanden werden. Von
der Absorbtion von Licht über die Kräfte, die Kerne zusammenhalten und zerfallen lassen wird zudem auch der Mechanismus beschrieben, wie Teilchen Masse erhalten, der
sogenannte Higgs-Mechanismus. Mit der Entdeckung des damit zusammenhängenden
Higgs-Teilchens 2012 am Large Hadron Collider (LHC) gilt das SM als in sich abgeschlossen. Das soll aber nicht heißen, dass damit alle Fragen der Physik geklärt sind. So
ist zum Beispiel der Ursprung der Hierarchie der Teilchenmassen nicht geklärt. Weiterhin behandelt das SM Elektronen und ihre schwereren Brüder, die Myonen, gleich. Es
scheint derzeit jedoch, dass die Natur zwischen ihnen deutlich unterscheidet. Zumindest
in Prozessen, bei denen ein sogenanntes B-Meson beteiligt ist. Seit den 1930ern gibt es
außerdem Vermutungen und mittlerweile starke Hinweise auf neue, nicht sichtbare Materie. Diese dunkle Materie (DM) durchzieht die gesamte Galaxie und beeinflusst dabei
die Umlaufbahnen der Sterne merklich.
Ziel dieses Projekts ist es, diese Phänomene in einem Modell zu erklären. Unter der Annahme, dass DM aus nur einer stabilen Teilchensorte besteht, werden hierzu drei neue
Teilchen eingeführt. Das sind das DM-Teilchen χ sowie zwei instabile Vermittler Φl und
Φq , die χ mit den Stärken gl und gq an das SM koppeln. Da die Anomalien im SM
Prozesse mit dem B-Meson und dem Myon betreffen, wird ferner sichergestellt, dass die
Φs hauptsächlich mit diesen wechselwirken und dadurch die Diskrepanzen aufgehoben
werden. Die eigentliche Herausforderung liegt nun darin, einen geeigneten Parameterbereich für die neuen Massen zu finden. Dabei werden diese und die neuen Kopplungen
g variiert, wobei experimentelle Daten zum Beispiel vom LHC obere oder auch untere
Grenzen an die jeweiligen Parameter liefern und den Bereich damit beschränken.
Tatsächlich ist es mit dieser Art Modell möglich gewesen, die DM-Phänomenologie und
fast alle Anomalien gleichzeitig zu erklären. Zu einem weiteren, nicht weiter erwähnten
Prozess, dem anomalen magnetischen Moment des Myons, konnte lediglich ein Beitrag
von 20% der Diskrepanz erreicht werden. Die Masse von χ wird im Bereich 80 GeV
erwartet (Die Masse des Protons ist in etwa 1 GeV). Die Experimente zur direkten
Suche nach DM werden in den nächsten Jahren diesen Massenbereich untersuchen und
eine womöglich bestätigende Messung durchühren.