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Flavour physics in the standard model and its extensions

English title Flavour physics in the standard model and its extensions
Applicant Greub Christoph
Number 204075
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 01.11.2021 - 31.10.2024
Approved amount 178'752.00
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Keywords (10)

QCD corrections to electroweak processes; New physics contributions to flavour observables; Explanations of flavor anomalies with leptoquarks; Renormalization group improvements; SUSY contributions to rare decays; Determination of CKM matrix elements; Effective field theory; Standard Model Effective Theory (SMEFT); Applying new techniques for 3-loop calculations; Rare B-decays

Lay Summary (German)

Lead
Die Berechnungen von radiativen seltenen Zerfaellen des b-quarks (b -> s + photon und b-> s + photon + photon) sollen im Rahmen des Standardmodells (SM) systematisch verfeinert werden. Diese Prozesse sind interessant, weil sie sehr sensitiv sind auf neue Physik. Zudem werden wir verschiedene weitere Zerfallsprozesse von B-Mesonen in wohldefinierten Erweiterungen des Standardmodells untersuchen (Modelle mit Leptoquarks, minimales supersymmetrisches Standardmodell), um gewisse zentrale Parameter in diesen Theorien besser bestimmen zu koennen.
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 demsogenannten 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 den zwei Unterprojekten A) und B) berechnen wir im Rahmen des SM numerisch relevante Beitraege zu den inklusiven Verzweigungsverhaeltnissen der Prozesse b -> s + photon und b -> s photon+photon, in denen 2-loop und 3-loop Diagramme analytisch berechnet werden muessen. Um diese seit langem fehlenden Beitraege in den Griff zu bekommen, verwenden wir mehrere moderne Techniken, wie z.B. die Zerlegung des Zerfallsamplituden in
Masterintegrale und Differentialgleichungen in der sogenannt kanonischen Form, um diese zu loesen.
Die Ergebnisse beider Projekte werden zu genaueren Vorhersagen in SM fuehren.

In den drei Unterprojekten C), D) und E) betrachten wir spezifische Erweiterungen des SM.
Im Projekt C) geht es darum, eine Methode auszuarbeiten, die es erlaubt, die Effekte von vektoriellen
Leptoquarks auf verschiedene Observablen ohne Ambiguitaeten zu berechnen. Im Projekt D) wird das Standardmodell um neue massive Eichbosonen (Vektor Bosonen) erweitert; wir werden verschiedene solche Realisierungen betrachten und dabei untersuchen, welche sich als besonders gute Kandidaten erweisen, um die
in den letzten Jahren beobachteten Spannungen in der Flavour-Physik zwischen den Experimenten und dem Standardmodell zu erklaeren. Im letzten Unterprojekt E) werden wir an einer verbesserten Analyse der Quark-Quark-Higgs Kopplung in der minimalen supersymmetrischen Version des Standardmodells arbeiten; waehrend wir uns vor ca. 8 Jahren auf die Gluino-induzierten Effekte konzentriert haben, welche dominant sind in Szenarien mit grossen
flavour versetzenden Termen in den Squark-Massenmatrizen, wenden wir uns nun Szenarien mit minimaler
flavour Verletzung zu; es zeigt sich, dass in diesen die Chargino-induzierten Beitraege dominant sind.
Um gute Resultate zu erhalten, ist das Berechnen von QCD Korrekturen unabdingbar.Das Unterprojekt E) 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: 27.09.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
175449 Flavourphysik im Standardmodell und dessen Erweiterungen 01.11.2017 Project funding

Abstract

This project on flavor physics embraces a major direction of research that will be under investigation at the Institute of Theoretical Physics at the University of Bern. The main focus of this proposal is on multi-loop calculation for flavor observables in the quark sector and the charged lepton sector of the Standard Model (SM), the SM supplemented by gauge invariant dimension 6 operators, various Two-Higgs-Doubletmodels (THDMs), models with leptoquarks and the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), as well as models in which the gauge sector of the SM gets extended.The proposal is divided into several subprojects:1. Precision calculations in the standard modelA) Exact charm-quark mass dependence of the O_{1,2} contribution to the amplitude for b -> s gamma at three-loopB) Contributions of the current-current operators to B -> X_s gamma gamma2. Precision calculations in extensions of the standard modelC) Loop calculations with vector leptoquarksD) TeV-scale gauge extensions of the Standard ModelE) Two-loop electroweak contributions to quark-quark-Higgs couplings in the MSSMThe goal of the first part is the precise calculation of the SM contributions to these flavor-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 the parameters of the SM.The second part aims at a better understanding of the flavor-structure in various extensions of the SM. On the one hand, this limits the allowed parameter-space of these models which gives important constraints for model building. On the other hand, one can correlate the predictions for low energy observables in these models and judge whether (some of) these models could explain possible deviations from the SM predictions.
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