Project

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

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.

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Last update: 02.11.2017

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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.