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Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät - Phenomenology of Elementary Particle Physics beyond the Standard Model

Auswahl an möglichen Bachelorarbeiten:

Einfluss Neuer Physik auf die Higgs-Boson Produktion (q qbarZ+H)

In diesem Projekt beschäftigen Sie sich mit dem Higgs-Boson, das zusammen mit einem Z-Boson am LHC erzeugt wird. Es geht darum, die theoretische Vorhersage des Standard-Modells (SM) zu verstehen. Danach fügen Sie einen Beitrag Neuer Physik hinzu und untersuchen, wie sich die Vorhersage ändert. Ein abschließender Vergleich mit experimentellen Daten wird Auskunft über mögliche Erweiterungen des SM geben.
Lernziele: Berechnung von Feynman-Diagrammen, Einfluss Neuer Physik auf das SM, Vergleich von Theorie und Experiment.
Anforderungen: Spaß an der modernen theoretischen Physik und deren Bezug zum Experiment.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können einen echten Forschungsbeitrag leisten, wenn sie anschließend in ein Simulationstool eingebaut werden.

 

Einfluss Neuer Physik auf seltene Top-Quarkprozesse (t tbar+WW vs. t tbar+W)

In diesem Projekt studieren Sie zwei Top-Quarkprozesse am LHC, die sehr selten sind. Diese Untersuchung ist deshalb interessant, weil sich die Produktionsrate durch den Einfluss Neuer Physik stark ändern kann. Sie werden deshalb zwei Wirkungsquerschnitte am LHC berechnen und untersuchen, wie sich Neue Physik auf die experimentellen Observablen auswirkt.
Lernziele: Berechnung von Feynman-Diagrammen, Programmieren eines Wirkungsquerschnitts, Beschreibung Neuer Physik.
Anforderungen: Spaß an der theoretischen Physik und Interesse an Modifikationen des SMs.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können experimentelle Suchen nach Neuer Physik am LHC anstoßen.

 

Simulation von Kollisionsereignissen mithilfe eines Neuronalen Netzes

In diesem Projekt beschäftigen Sie sich mit der Erzeugung von ungewichteten (“wie in der Natur verteilten”) Simulationsdaten für Teilchenkollisionen in Hochenergiebeschleunigern. Solche Daten erlauben direkte Vergleiche von Experiment und Theorie, da ihre Erzeugung auf theoretischen Vorhersagen basiert. Die Effizienz der Simulation spielt dabei eine entscheidende Rolle in den Analysen. Es soll die Möglichkeit der Approximation theoretischer Vorhersagen durch das Training Neuronaler Netze untersucht werden. Die Effizienz der Simulation und die Genauigkeit der Verteilung der erzeugten Ereignisse soll für verschiedene Netzarchitekturen optimiert und im Vergleich mit der theoretischen Vorhersage überprüft werden.
Lernziele: Berechnung und Programmierung von theoretischen Vorhersagen für Teilchenkollisionen, Nutzung und Training Neuronaler Netze, Verständnis des Erzeugens ungewichteter Simulationsdaten.
Anforderungen: Spass an modernen Methoden der theoretischen Physik und Interesse an Neuronalen Netzen.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können einen echten Forschungsbeitrag leisten, wenn sie anschliessend für Beschleunigersimulationen verwendet werden.

 

Numerische Lösungen von Feynman-Schleifenintegralen in der QFT

In modernen Präzisionsvorhersagen für LHC-Observablen treten Schleifenintegrale als fundamentale Bausteine auf. Die Schleifenintegration repräsentiert dabei den unbeobachtbaren Impuls eines virtuellen Teilchens. In diesem Projekt betrachten Sie die Lösung dieser Integrale mittels numerischen Methoden. Dazu bringen Sie ein Integral in der multi-dimensionalen komplexen Ebene mittels analytischen Methoden auf eine Form, die anschließend mit Monte-Carlo-Methoden integriert werden kann.
Lernziele: Berechnung von Schleifenintegralen, Numerischer Zugang zur multi-dimensionalen komplexen Analysis.
Anforderungen: Spaß an der modernen theoretischen Physik, elementare Programmierkenntnisse, Funktionentheorie.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können zur Effizienzsteigerung von existierenden Methoden in der Forschung herangezogen werden.

 

Produktion Dunkler Materie am LHC: Spin-0 vs. Spin-1 (q qbar→DM+jet)

In diesem Projekt untersuchen Sie, wie Dunkle Materie am LHC produziert und vermessen werden kann. Mögliche Detektorsignale dieser noch unbekannten Form der Materie treten als fehlende Energie in Erscheinung und sind deshalb schwieriger zu messen. Der Spin der Dunklen Materie ist bisher unbekannt. Sie untersuchen, wie sich die Produktion Dunkler Materie am LHC mit Spin-0 von Spin-1 unterscheidet. Dazu berechnen Sie die LHC Wirkungsquerschnitte für die beiden Hypothesen und vergleichen die experimentellen Observablen.
Lernziele: Berechnung von Feynman-Diagrammen, Dunkle Materiemodelle am LHC, Analyse von Beschleunigerobservablen.
Anforderungen: Spaß an der theoretischen Physik und der Schnittstelle von Teilchen und Astrophysik.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können experimentelle Suchen nach Neuer Physik am LHC anstoßen.

 

Neue Physik im Tau-Lepton Zerfall

Tau-Leptonen werden in großer Zahl am SuperKEKB Beschleuniger erzeugt und eignen sich ideal, um nach Neuer Physik zu suchen. Dazu werden Sie die Zerfallsbreite des Tau-Lepton im Standardmodell mittels Feynman-Diagrammen berechnen und dann Effekte Neuer Physik hinzufügen. In einer anschließenden Analyse untersuchen sie die Sensitivität auf die Kopplungen Neuer Physik.
Lernziele: Berechnung von Feynman-Diagrammen, analytische und numerische Berechnung einer Zerfallsbreite, Einbezug Neuer Physik mittels Effektiven Theorien.
Anforderungen: Spaß an der theoretischen Physik und Interesse an Teilchenphysik jenseits des LHC.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können in ein Simulationstool eingebaut werden um Physik am SuperKEKB Beschleuniger zu beschreiben.

 

Off-shell-Effekte in der Top-Quark-Paarproduktion

Der LHC am CERN wird manchmal eine Top-Quarkfabrik genannt weil dort Milliarden Tops produziert werden, die für Präzisionsanalysen herangezogen werden können. In diesem Projekt untersuchen Sie, wie man bestehende Vorhersagen weiter verbessern kann, indem off-shell Effekte approximiert werden. Hierzu werden sie eine Phasenraum-Parametrisierung für den 6-Teilchen-Endzustand berechnen und lernen, wie dieser mit Monte-Carlo-Methoden integriert werden kann. Anschließend werden Sie Ihre Ergebnisse mit einer üblichen Näherung verglichen.
Lernziele: Berechnung eines Viel-Teilchen-Phasenraums, Moderne Top-Quark-Physik, analytische und numerische Methoden in der Teilchenphysik.
Anforderungen: Spaß an der theoretischen Physik und Interesse an Präzisionsphysik.
Ausblick: Ihre Ergebnisse können in ein LHC Simulationstool eingebaut werden um dessen Genauigkeit zu verbessern.

 

Erweiterungen des Standardmodell-Higgssektors im Limes schwerer Massen

In diesem Projekt untersuchen Sie eine Erweiterung des Standardmodells im Limes schwerer neuer Teilchen. Sie werden eine effektive Theorie aufstellen und untersuchen in welchem Parameterraum diese angewendet werden kann. 

Lernziele: effektive Theorien und Neue Physik, Higgssektor des Standardmodells und Erweiterungen, Berechnungen einfacher Feynmandiagramme und Feynmanregeln

Anforderungen: Spass an der theoretischen Physik und Interesse an der Higgs Physik.

Ausblick: Ihr Ergebnis kann einen wertvollen Forschungsbeitrag liefern wenn verschiedene Modellen verglichen werden.

 

Higgszerfälle in erweiterten Higgssektoren

In vielen Erweiterungen des Standardmodells gibt es weitere Higgsbosonen. Wenn kinematisch erlaubt, kann ein schweres Higgsboson in leichtere zerfallen. In diesem Projekt untersuchen Sie solche Zerfälle. Sie werden zunächst lernen Feynmanregeln in Erweiterungen des Standardmodells zu berechnen, um dann die Zerfallsraten des schweren Higgsbosons zu berechnen.

Lernziele: Berechnung von Feynman-Regeln, Berechnung von Zerfallsraten, Beschreibung Neuer Physik

Anforderungen: Spass an der theoretischen Physik und Interesse an der Phänomenologie des Higgsbosons.

Ausblick: Ihre Ergebnisse liefern Szenarien, welche experimentelle Suchen nach schweren Higgsbosonen motivieren können. 

 

Zerfälle von fermionischen Top-Quark-Partnern

Verschiedene Modelle Neuer Physik beinhalten neue Fermionen. Sollten diese die gleichen Quantenzahlen wie das Standardmodell Top-quark haben, kommt es zu Mischungen. In diesem Projekt werden Sie mögliche Zerfälle solcher Top-partner untersuchen. Zunächst untersuchen Sie die Mischungen, gefolgt von einer Analyse der möglichen Zerfälle.

Lernziele: Berechnung von Zerfallsraten, numerische und analytische Berechnung von Massenmatrizen

Anforderungen: Spass an der theoretischen Physik und Interesse an der Analyse Neuer Physik

Ausblick: Ihre Analyse kann experimentelle Suchen am LHC anstoßen.

 

Beispiele zweier Bachelorarbeiten, die in unserer Gruppe angefertigt wurden:

The poster is also available as pdf file here