Einfluss der CP-Phasen auf supersymmetrische Prozesse

Das wesentliche Ziel des vorliegenden Projektes ist die theoretische Analyse der Produktion super- symmetrischer Teilchen an zukünftigen Beschleunigern sowie die Bestimmung ihrer wichtigsten Parameter. Supersymmetrie erlaubt die derzeit am besten motivierte Erweiterung des Standard-Modells. Die Gründe dafür sind im wesentlichen theoretischer Natur: Mit Supersymmetrie lässt sich besser die Vereinheitlichung der starken, elektromagnetischen und schwachen Wechsel-wirkungen bewerkstelligen. Weiterhin macht Supersymmetrie die Masse des Higgs- Bosons stabil genüber Quanten-Korrekturen. Ein anderes Phänomen, welches wir noch nicht vollständig ver-stehen ist die CP- Verletzung. Die CP-Verletzung des Standard-Modells ist zu schwach um die Baryon- Asymmetrie des Universums zu verstehen. In der supersymmetrischen Erweiterung des Standard-Modells können zusätzliche Quellen der CP-Verletzung eingeführt werden. Dies ist ein weiterer Grund warum Supersymmetrie so attraktiv ist. Die experimentelle Suche nach super-symmetrischen teilchen hat daher eine hohe Priorität an allen bestehenden und zukünftigen Beschleunigern. Sollten supersymmetrische Teilchen entdeckt werden, so ist das nächste Ziel die Bestimmung ihrer wichtigsten Parameter wie Massen, Kopplungen etc. Unter anderem wird die Bestimmung der CP-verletztenden Parameter sehr wichtig sein. Viele theoretische Unter-suchungen müssen im voraus durchgeführt werden, um die experimentelle Suche nach super-symmetrischen Teilchen sowie die Bestimmung ihrer Parameter zu ermöglichen. Im vorliegenden Projekt wie aus den zukünftigen experimentellen Daten die supersymmetrischen Parameter bestimmt werden können, insbesondere jene der CP-Verletzung. Wir werden dabei die Produktion supersymmetrischer Teilchen am ``Large Hadron Collider LHC am CERN und an einem zu-künftigen Elektron- Postron-Linearcollider wie TESLA betrachten. Wir möchten noch hinzufügen, dass wir in den vergangenen Jahren die einzige österreichische Gruppe waren, die auf diesen Gebiet arbeitet und erfolgreich an den entsprechenden internationalen Workshops teilnahm. Unsere Beiträge trugen sehr wesentlich zur Klärung der Problematik bei, wie supersymmetrische Teilchen entdeckt werden können. In unserer Studie wollen wir unter anderem auch solche Probleme klären, welche sich während der jüngsten internationalen Workshops ergaben. Wir wollen die folgenden Ziele erreichen: 1) Herausarbeiten der zur Messung der supersymmetrischen Parameter, insbesondere jener der CP-Verletzung, am besten geeigneten Observablen und Berechnung der entsprechenden Wirkungs-querschnitte und Zerfallswahrscheinlichkeiten. 2) Analyse möglicher Scenarien für die Mischung der Slepton-Familien und Be rechnung der Signaturen für Lepton-Flavour-Verletzung 3) Studium der R-paritätsverletzenden Zerfälle supersymmetrischer Teilchen und Berechnung der zugehörigen Zerfallsbreiten.

Supersymmetrische Teilchen sind hypothetische Teilchen, welche aufgrund von theoretischen Überlegungen in der Elementarteilchenphysik postuliert wurden. So ist die Vereinheitlichung der fundamentalen Kräfte in supersymmetrisch erweiterten Theorien besser nachvollziehbar als in nicht-supersymmetrischen Theorien. In supersymmetrischen Theorien gibt es auch neue Quellen der CP-Verletzung. Der experimentelle Nachweis dieser supersymmetrischen Teilchen wird an allen bestehenden und zukünftigen Hochenergie-Beschleuniger, als eine der vordringlichsten Aufgaben angesehen. Das wesentliche Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts war es, jene theoretischen Untersuchungen durchzuführen, welche klarstellen, wie an zukünftigen Beschleunigern supersymmetrische Teilchen nachgewiesen und wie ihre Eigenschaften studiert werden können. Der Großteil dieses Projekts bestand in der Berechnung von Produktionsraten und Zerfallswahrscheinlichkeiten von supersymmetrischen Teilchen, wobei besonders auf die Einflussnahme von CP-Verletzung eingegangen wurde. Diese Untersuchungen wurden für einen zukünftigen Elektron-Positron-Linearcollider und den Large Hadron Collider LHC (am CERN in Genf) durchgeführt. Für eine Anzahl von supersymmetrischen Prozessen haben wir CP sensitive Observable definiert. Wir haben sowohl analytisch als auch numerisch den Einfluss der Parameter des Modells auf dieser CP-sensitiven Observablen untersucht. Weiters haben wir untersucht, wie und mit welcher Genauigkeit die Modell-Parameter aus einem geeigneten Satz von Observablen (Teilchenmassen, Kopplungen etc.) abgeleitet werden können. Unsere Ergebnisse sind wichtig für die Planung der entsprechenden Experimente an zukünftigen Beschleunigern. Wir haben dabei auch an mehreren Internationalen Workshops teilgenommen, wo wir über unsere Forschungsergebnisse berichtet haben. Weiters arbeitet unsere Arbeitsgruppe an einem Workshop zur Bestimmung der supersymmetrischen Parameter mit, bei dem es sich um eine große internationale Kollaboration zwischen theoretischen Physikern und Experimentalphysikern handelt, die über Physik am LHC und an einem Linearbeschleuniger arbeiten. Da die Experimente an zukünftigen Beschleunigern eine hohe Genauigkeit erreichen werden, müssen die theoretischen Vorhersagen dieser Genauigkeit gerecht werden. Dies erfordert die systematische Berücksichtigung sogenannter Strahlungskorrekturen. Die systematische Erfassung dieser Strahlungskorrekturen in supersymmetrischen Prozessen, war deshalb ein wichtiger Teil unseres Projekts. Wir haben dabei auch supersymmetrische Prozesse untersucht, in denen Higgs-Bosonen involviert sind. Die Entdeckung dieser Teilchen würde es uns erlauben, den Ursprung der Massen der verschiedenen Elementarteilchen besser zu verstehen. Abschließend sei erwähnt, dass wir auch den Einfluss virtueller supersymmetrischer Teilchen systematisch untersucht haben. Hier sind in erster Linie unsere Berechnungen von supersymmetrischen Beiträgen zum elektrischen Dipolmoment des Elektrons und Neutrons, sowie zu anderen wichtigen Observablen in der B-Meson- Physik und der Flavour-Physik zu nennen. Weiterhin haben wir supersymmetrische Modelle untersucht, in denen die Quantenzahl der R-Parität verletzt ist. Diese Modelle sind in der Lage, heutige Neutrinodaten quantitative zu beschreiben.