EMC  

Extra-Dimensionen

 


Bildquelle: © DESY

Es ist nicht ausgeschlossen, dass unsere Welt mehr als drei Raumdimensionen hat. Zusätzliche bisher unsichtbare Dimensionen können erst auf sehr kleinen Abständen erscheinen, wenn sie 'kompaktifiziert', d.h. zusammengerollt, sind. Dabei würde sich das bekannte Newton'sche Gravitationsgesetz auf diesen kleinen Abständen ändern: statt 1/r2 wäre die Abhängigkeit der Schwerkraft vom Abstand 1/r2+n mit der Zahl der zusätzlichen Dimensionen n. Die Gravitation würde dann viel schneller hin zu kleineren Abständen anwachsen und so könnte sie die Stärke anderer Wechselwirkungen schon bei der TeV-Skala erreichen. Damit wäre eine große Vereinigung aller fundamentalen Kräfte möglich. Dies würde eine Reihe neuer faszinierender Signale am LHC hervorbringen. Z.B. könnten wir die Produktion reeller Gravitonen oder den Austausch virtueller Gravitonen beobachten. Ein reelles Graviton würde in die Extra-Dimensionen verschwinden, während wir nur einen hadronischen Jet und eine große fehlende Energie im Detektor beobachten würden.

 

 

Ein anderer spektakulärer Effekt wäre die Produktion mikroskopischer schwarzer Löcher. Diese würden sofort durch die Hawking-Strahlung verdampfen und wir würden Ereignisse mit vielen Teilchen großer Energie im ATLAS-Detektor aufzeichnen.

Woran wir arbeiten

Suche nach mikroskopischen schwarzen Löchern

Um mikroskopische schwarze Löcher im Detektor identifizieren zu können, müssen Kriterien definiert werden, anhand deren entschieden wird, was für eine Signatur man in jedem gegebenen Ereignis beobachtet. Vor allem muss erreicht werden, dass man den Zerfall eines mikroskopischen schwarzen Lochs von den bekannten Prozessen des Standardmodells (SM) unterscheidet. Bei hohen Energien ist der SM-Untergrund dominiert durch Dijet-Produktion, meistens mit zusätzlicher mehrfacher Gluon-Abstrahlung. Hingegen erwartet man eine möglichst sphärisch symmetrische Signatur nach dem Zerfall eines mikroskopischen schwarzen Loches aufgrund des demokratischen Charakters der Hawking-Strahlung. Dieser Unterschied in der Ereignis-Topologie liegt der Analyse zugrunde, die im Wesentlichen darauf basiert, dass man nach Ereignissen sucht, die eine starke Abweichung vom Dijet-Untergrund aufweisen. Der Untergrund im möglichen Signalbereich wird mit datenbasierten Methoden abgeschätzt, die auf simulierten Daten getestet werden. Sollte kein Überschuss an Ereignissen im Signalbereich festgestelt werden, wird eine Obergrenze an den Wirkungsquerschnitt der Produktion der mikroskopischen schwarzen Löcher bestimmt. Diese schränken dann den möglichen Parameterraum verschiedener Modelle mit zusätzlichen Dimensionen weiter ein.

 
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