Project

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Flavourphysik im Standardmodell und dessen Erweiterungen

English title Flavour physics in the standard model and its extensions
Applicant Greub Christoph
Number 175449
Funding scheme Project funding
Research institution Institut für Theoretische Physik Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Theoretical Physics
Start/End 01.11.2017 - 31.10.2021
Approved amount 579'830.00
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Keywords (8)

hadronc contributions to rare B-decays; rare B-decays; QCD corrections to electroweak processes; effective field theory; renormalization group improvements; SUSY contributions to rare decays; Determination of CKM matrix elements; new physics contributions to flavour observables

Lay Summary (German)

Lead
Die Berechnungen von spezifischen seltenen Zerfaellen des B-Mesons (B -> X_s gamma gamma, B -> X_s mu+ mu-, B -> K* mu+ mu-) sollen im Rahmen des Standardmodells systematisch verfeinert werden. Diese Prozesse sind interessant, weil sie sehrsensitiv sind auf neue Physik. Zudem werden wir diese und verschiedene weitereZerfallsprozesse von B-Mesonen in wohldefinierten Erweiterungen desStandardmodells untersuchen (zwei Higgs Doublet Modelle, Modelle mitLeptoquarks, minimales supersymmetrisches Standardmodell), um gewisse zentrale Parameter in diesen Theorien besser bestimmen zu koennen. Geplant sind auchUntersuchungen zu generischen Erweiterungen des Standardmodells,in welchen dieses durch hoeherdimensionale eichinvariante Operatoren erweitert wird.
Lay summary
In diesem Projekt geht es um 'seltene' Zerfaelle von schweren Quarks, insbesondere dem b-quark, das in B Mesonen gebunden ist. Das Wort 'selten' bedeutet, dass es sich um Prozesse
handelt, die im Rahmen des Standardmodells (SM) stark unterdrueckt sind, weil sie in diesem Modell auf dem sogenannten Baumgraphen-Niveau verboten sind und erst auf dem 1-loop Niveau
induziert werden, wobei im loop ein W-Boson und ein top-Quark propagieren. In vielen Erweiterungen des SM koennen ebenfalls neue schwere Teilchen im loop propagieren, welche zu zusaetzlichen
Beitraegen in den Zerfallsraten fuehren. Da diese Zusatzbeitraege generisch gesehen gegenueber den SM-Beitraegen nicht unterdrueckt sind, sind diese Prozesse sehr sensitiv auf neue Physik. Um tatsaechlich Abweichungen vom SM etablieren zu koennen, sind neben Praezisionsmessungen sehr genaue Berechnungen notwendig. In einem der Unterprojekte werden auch radiative
Zerfaelle von Leptonen untersucht.

In den zwei Unterprojekten A) und B) verfeinern wir die SM-Rechnungen fuer die inklusiven Verzweigungsverhaeltnisse b -> s gamma gamma und b -> s mu+ mu-, indem wir Techniken
verwenden wie z.B. die Zerlegung des Zerfallsamplituden in Masterintegrale (und
Differentialgleichungen, um diese zu loesen). Die Ergebnisse vom zweiten
genannten Prozess werden anschliessend verwendet, um die Berechnungen der
hadronischen Effekte in den exklusiven Zerfaellen B -> K^(*) mu+ mu-
zu verbessern. In den zwei Unterprojekten C) und D) betrachten wir eine ganze Klasse von
Theorien, welche sich im Niederenergiebereich auf ein erweitertes
Standardmodell reduzieren. Dieses erweiterte Modell besteht aus dem
gewoehnlichen SM und aus einer Liste von Operatoren der Dimension 6, welche
aus SM Feldern zusammengesetzt sind und welche invariant sind unter der
Standardmodell-Eichgruppe. Ziel ist es, gewisse theoretische Verbesserungen
zum machen (Unterprojekt D) und anschliessend die Gewichte (Wilson-Koeffizienten) dieser
Operatoren festzulegen durch Vergleichen von geeigneten gemessenen Observablen
im B-Meson Sektor mit deren theoretischen Voraussagen (Unterprojekt C).
Im Unterprojekt E) geht es darum, eine Klasse von verstaerkten elektroschwachen Korrekturen zum
inklusiven Zerfall B -> X_s gamma in zwei Higgs Doublet Modellen
auszuarbeiten. Das Unterprojekt F) behandelt Korrekturen der starken
Wechselwirkung zu radiativen Leptonzerfaellen (z.B. mu -> e gamma),
welche durch den Austausch von Leptoquarks induziert werden.
Im Unterprojekt G) wird quantitativ untersucht, wie stark die Kopplungen von
Quarks an die Higgs Bosonen im sogenannten MSSM, der minimalen supersymmetrischen
Erweiterung des SM, durch gemischte elektroschwache/starke Korrekturen
modifiziert werden. Dieses Unterprojekt zielt unter anderem auch darauf ab, ein besseres
Verstaendnis ueber die Struktur der Fermionen und deren skalaren
Partnerteilchen zu gewinnen.

Direct link to Lay Summary Last update: 02.11.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
A model of muon anomalies
Greljo Admir, Stangl Peter, Thomsen Anders Eller (2021), A model of muon anomalies, in Phys. Lett. B, 820, 136554-136554.
Convergent Bayesian Global Fits of 4D Composite Higgs Models
Carragher Ethan, Handley Will, Murnane Daniel, Stangl Peter, Su Wei, White Martin, Williams Anthony G. (2021), Convergent Bayesian Global Fits of 4D Composite Higgs Models, in JHEP, 05, 237-237.
Correlating h→μ+μ- to the Anomalous Magnetic Moment of the Muon via Leptoquarks
Crivellin Andreas, Mueller Dario, Saturnino Francesco (2021), Correlating h→μ+μ- to the Anomalous Magnetic Moment of the Muon via Leptoquarks, in Phys. Rev. Lett., 127(2), 021801-021801.
New physics in rare B decays after Moriond 2021
Altmannshofer Wolfgang, Stangl Peter (2021), New physics in rare B decays after Moriond 2021, in Eur. Phys. J. C, 81(10), 952-952.
Scalar Leptoquarks in Leptonic Processes
Crivellin Andreas, Greub Christoph, Müller Dario, Saturnino Francesco (2021), Scalar Leptoquarks in Leptonic Processes, in JHEP, 02, 182-182.
smelli – the SMEFT Likelihood
Stangl Peter (2021), smelli – the SMEFT Likelihood, in PoS, TOOLS2020, 035-035, SISSA Medialab srl Partita, Trieste TOOLS2020, 035-035.
Exact NLO matching and analyticity in b -> sll
Asatrian Hrachia M., Greub Christoph, Virto Javier (2020), Exact NLO matching and analyticity in b -> sll, in JHEP, 04, 012-012.
Flavor Phenomenology of the Leptoquark Singlet-Triplet Model
Crivellin Andreas, Müller Dario, Saturnino Francesco (2020), Flavor Phenomenology of the Leptoquark Singlet-Triplet Model, in JHEP, 06, 020-020.
Leptoquarks in oblique corrections and Higgs signal strength: status and prospects
Crivellin Andreas, Müller Dario, Saturnino Francesco (2020), Leptoquarks in oblique corrections and Higgs signal strength: status and prospects, in JHEP, 11, 094-094.
b -> s ll transitions in two-Higgs-doublet models
Crivellin Andreas, Müller Dario, Wiegand Christoph (2019), b -> s ll transitions in two-Higgs-doublet models, in JHEP, 06, 119-119.
Correlating tauonic B decays with the neutron electric dipole moment via a scalar leptoquark
Crivellin Andreas, Saturnino Francesco (2019), Correlating tauonic B decays with the neutron electric dipole moment via a scalar leptoquark, in Phys. Rev. D, 100(11), 115014-115014.
Explaining the Flavor Anomalies with a Vector Leptoquark (Moriond 2019 update)
Crivellin Andreas, Saturnino Francesco (2019), Explaining the Flavor Anomalies with a Vector Leptoquark (Moriond 2019 update), DIS2019, 163-163, PoS - proceedings of science, Italy DIS2019, 163-163.
Importance of Loop Effects in Explaining the Accumulated Evidence for New Physics in B Decays with a Vector Leptoquark
Crivellin Andreas, Greub Christoph, Müller Dario, Saturnino Francesco (2019), Importance of Loop Effects in Explaining the Accumulated Evidence for New Physics in B Decays with a Vector Leptoquark, in Phys. Rev. Lett., 122(1), 011805-011805.
QCD improved matching for semileptonic B decays with leptoquarks
Aebischer Jason, Crivellin Andreas, Greub Christoph (2019), QCD improved matching for semileptonic B decays with leptoquarks, in Phys. Rev. D, 99(5), 055002-055002.

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Physics of the Flavourful Universe Talk given at a conference Anomalies in rare B decays after Moriond 2021 21.10.2021 Portoroz, Slovenia Stangl Peter;
Scalars 2019 Talk given at a conference b->sll Transitions in a 2HDM with generic Yukawa Couplings 11.09.2019 Warschau, Poland Wiegand Christoph;
XXVII International Workshop on Deep Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS2019) Talk given at a conference Explaining the Flavor Anomalies with Leptoquarks 08.04.2019 Torino, Italy Saturnino Francesco;
Cost Workshop on Higgs and Flavour Physics: Present and Future Talk given at a conference Explaining the Flavor Anomalies with Leptoquarks 14.01.2019 Lissabon, Portugal Saturnino Francesco;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
204075 Flavour physics in the standard model and its extensions 01.11.2021 Project funding
176884 B Meson Decays and Lepton Flavour Universality Violation 01.01.2019 SNSF Professorships
163154 Flavourphysik im Standardmodell und dessen Erweiterungen 01.11.2015 Project funding

Abstract

This project on flavour physics embraces a major direction ofresearch that will be under investigation at the Institute of TheoreticalPhysics at the University of Bern. The main focus of this proposal is on multi-loop calculation forflavour observables in the quark sector and the charged lepton sector of the Standard Model(SM), the SM supplemented by gauge invariant dimension 6 operators, theTwo-Higgs-Doublet model (THDM), models with leptoquarks and the Minimal Supersymmetric Standard Model(MSSM). The proposal is divided into several subprojects:1.) Precision calculations in the standard modelA) Hadronic effects in $b\to s$ exclusive transitions at next-to-leading order}B) Contributions of the current-current operators to B -> X_s gamma gamma and implementation of the photon/hadron separation2.) Precision calculations in extensions of the SMC) B-physics phenomenology from the SM Effective Field TheoryD) Two-loop Renormalization Group Evolution of Dipole Operators in the gauge-invariant Effective Field TheoryE) Enhanced electroweak corrections to B -> X_s gamma in two-higgs-doublet modelsF) QCD corrections to the leptoquark induced l_i -> l_f gamma transitionsG) Two-loop electroweak contributions to quark-quark-Higgs couplings in the MSSMThe goal of the first part is the precise calculation of the SMcontributions to these flavour-changing neutral current (FCNC)processes. This is important in order to identify and quantify possible newphysics contributions and/or to obtain more stringent bounds on theflavour parameters.The second part aims at a better understanding of theflavour-structure in various extensions of the SM. On the one hand, this limits the allowed parameter-space ofthese models which gives important constraints for model building. On theother hand one can correlate the predictions for rare decays in these models andjudge whether (some of) these models could explain possible deviations from the SMpredictions.
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