Institutionen för fysik och astronomi

Forskning i teoretisk partikelfysik

Vår forskning är fokuserad inom teoretisk partikelfysik med koppling till experiment. Vi är intresserade av en mängd olika intressanta ämnen, både inom och bortom standardmodellen, med kopplingar till partikelkolliderare, astropartikelfysik och kosmologi. Bland annat arbetar vi med teorin för den starka kraften mellan kvarkar och gluoner, den så kallade kvantkromodynamiken, Higgsfysik bortom standardmodellen och högenergineutrinos inom astrofysik.

Forskningen involverar bland annat utveckling och analys av modeller, numeriska och analytiska beräkningar och Monte Carlo-simuleringar. Flera Monte Carlo event-generatorer har utvecklats inom gruppen. För mer information om vår pågående forskning se listan av publikationer.

Kvantkromodynamik

Början av teorin för den starka kraften, eller kvantkromodynamiken som den skulle bli känd som, går tillbaka till början av 50-talet. I denna eran så upptäcktes en ny partikel nästan varje månad och det synes ej finnas en enkel underliggande förklaring. De flesta forskare trodde på den tiden att det borde finnas en underliggande struktur för alla nyligen upptäckta partiklar, och en idé var att dessa partiklar inte var fundamentala, utan istället byggdes upp av något mindre. Denna idé ledde så småningom till att Yuval Ne'eman och Gell-Mann visade att alla nya partiklar kunde förklaras av tre stycken mer fundamentala partiklar, som blev kände som kvarkar. Yuval Ne'eman och Gell-Mann första model använde tre kvarkar (up, down, strange) men i slutändan efter mer experiment så har modellen utökats med tre mer kvarkar (charm, bottom, top). Namnet kromodynamik härstammar ifrån att dessa kvarkar bär "färgladdning" i analogi med "elektrisk laddning".

Kvantkromodynamiken har hittills varit mycket framgångsrik med att förklara den underliggande struktur som vi ser i naturen. Några av de mer häpnadsväckande egenskaperna av kvantkromodynamiken är att färg laddade partiklar aldrig kan observeras direkt, utan kan bara ses i bundna tillstånd som tex protoner och neutroner. Detta gäller för små energiskalor, medans om en proton kolliderar med en elektron med hög energi så interagerar kvarkarna direkt med elektronen, detta fenomen kallas för asymptotisk frihet. Dessa egenskaper av kvantkromodynamiken implicerar att för höga energier så kan vi beskriva naturen i termer av fria kvarkar, medans för små energiskalor så är frihetsgraderna beskrivna av hadroner och mesoner. En av de stora utmaningarna för kvantkromodynamiken är vad som händer i övergången från små still stora energiskalor eller vice versa.

Vår forskning inom kvantkromodynamiken fokuserar på beskrivningar av dynamiken i denna övergångs regionen. Våra metoder fokuserar på att skapa beräkningstekniker och modeller för olika processer, vilka hoppas ge en mer djup förståelse för vad som händer.

HIGGSFysik

Med LHCs upptäckt av Higgsbosonen under 2012 inleddes en ny era av teoretisk elektrosvag fysik. Den upptäckta bosonen passar väldigt bra med standardmodellens förutsägelse, men eftersom att vi vet att standardmodellen inte kan vara komplett så är det värt att ställa sig frågan ifall det finns fler Higgsbosoner där ute.

Ett av få sätt att introducera fler Higgsbosoner vid den elektrosvaga skalan, utan att motsäga experiment, är genom att helt enkelt duplicera standardmodellens Higgssektor. Dessa modeller kallas för Två Higgs Dubblett Modeller och de innehåller totalt fem Higgsbosoner. En anledning till att dessa modeller är intressanta är för att de kan förklara materia-antimateriaasymmetrin vi har i vårt universum. En annan anledning är att det krävs två Higgsdubbletter för att kunna göra standardmodellen till en supersymmetrisk teori.

I vår forskning inom Två Higgs Dubblett Modeller gör vi förutsägelser för partikelkolliderare så som LHC, samtidigt som vi undersöker de kosmologiska konsekvenserna av dessa modeller. Till exempel, är det möjligt att förklara universums materia-antimateriaasymmetri med en Två Higgs Dubblett Modell och samtidigt förklara den experimentella datan från LHC?