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Theoretical Physics of the Early Universe

Prof. Björn Garbrecht

Research Field

The observed Universe can be very well described in terms of the Standard Model (SM) of Particle Physics, gravitation, neutrinos and Cold Dark Matter. The present understanding ranges from times below the Electroweak Phase transition, 10^-12 seconds after the Bang, until today, 13.8 billion years later. The cosmic evolution depends sensitively on initial conditions, such as the matter-antimatter asymmetry, the Dark Matter abundance and density perturbations, that eventually grow into galaxies.

Understanding the initial conditions is one of the key motivations for exploring Physics beyond the SM. Cosmology thus complements laboratory experiments such as the Large Hadron Collider. The particular research interests of our group encompass the origin of the matter-antimatter asymmetry and of density perturbations from inflation. In particular, we develop theoretical methods for calculations on the dynamics and reactions of elementary particles at very high temperatures and in curved spacetimes, i.e. under conditions present in the Early Universe.

Address/Contact

James-Franck-Str. 1/II
85748 Garching b. München

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Course with Participations of Group Members

Offers for Theses in the Group

Baryon asymmetry as guiding principle for particle physics

Bereits unsere eigene Existenz gibt einen Hinweis auf “neue Physik”. Die sichtbare Materie besteht aus Teilchen (nicht aus Antiteilchen), sodass während der Evolution des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt diese Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie durch einen bisher unbekannten Mechanismus hevorgerufen worden sein muss. Durch verschiedene experimentelle Daten können wir diese Asymmetrie sogar genau quantifizieren.

Die Emmy-Noether Gruppe “Baryogenese, Dunkle Materie und Neutrinos – Umfassende Analysen und präzise Methoden in der Teilchenkosmologie” unter der Leitung von Dr. Julia Harz befasst sich unter anderem mit der Fragestellung wie wir dem Mechanismus hinter der Baryonasymmetrie näher kommen können.

Im Rahmen dessen biete ich Masterarbeiten zu diesem Thema an:

(1) Eine mögliche Arbeit würde sich mit einem etabliertem, teilchentheoretischem Modell befassen, welches verschiedene offene Fragen (Dunkle Materie, Inflation, Baryogenese, Neutrinomassen etc.) addressiert. Dieses Modell soll mit einem sogenanntem globalen Fit in seinem Parameterbereich eingeschränkt werden. Das Projekt würde in internationaler Kollaboration stattfinden, während sich die Masterarbeit selbst auf den Bereich der Baryogenese fokusieren würde. Für diese Arbeit wären Programmierkenntnisse wünschenswert bzw. die Motivation solche selbständig zu erlernen.

(2) Eine zweite mögliche Arbeit würde sich mit der Möglichkeit beschäftigen, verschiedene Baryogenesemodelle mit Messungen am Large Hadron Collider zu testen. Für diese Arbeit wären fundierte, analytische Kenntnisse wünschenswert bzw. die Motivation sich mit ‘pen and paper’ in Rechnungen einzuarbeiten.

suitable as
  • Master’s Thesis Nuclear, Particle, and Astrophysics
Supervisor: Julia Harz
Nichtperturbative Effekte im Kontext Dunkler Materie

Das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die sichtbare Welt um uns herum mit äußerster Genauigkeit. Allerdings kann es bisher nur ca. 5% unseres Universums erklären. Weitere 25% bestehen aus sogenannter “Dunkler Materie”. Diese wird nicht nur durch unterschiedliche experimentelle Beobachtungen bekräftigt, sondern ihre Dichte durch die kosmische Hintergrundstrahlung sogar genau quantifiziert.

Die Emmy-Noether Gruppe “Baryogenese, Dunkle Materie und Neutrinos – Umfassende Analysen und präzise Methoden in der Teilchenkosmologie” unter der Leitung von Dr. Julia Harz befasst sich sowohl mit der Fragestellung welche teilchenphysikalischen Modelle Dunkle Materie erklären könnten und wie diese getestet werden können als auch mit der Verbesserung der Präzision der theoretischen Rechnungen zur Dunklen Materie Dichte, eine Observable, die dann mit den experimentellen Ergebnissen verglichen werden kann.

Eine mögliche Masterarbeit würde sich mit der Fragestellung beschäftigen, wie sogenannte nichtperturbative Effekte Einfluss auf die theoretisch vorhergesagte Restdichte haben. Dies kann je nach Interesse im Rahmen verschiedener Aspekte geschehen, wie z.B. durch die Studie eines spezifischen Modells oder auch durch die Entwicklung eines Computerprogramms.

suitable as
  • Master’s Thesis Nuclear, Particle, and Astrophysics
Supervisor: Julia Harz

Current and Finished Theses in the Group

Solution of the Schrödinger Equation for Tunneling Problems, Comparison with WKB Approximation and the Euclidean Amplitude
Abschlussarbeit im Bachelorstudiengang Physik
Themensteller(in): Björn Garbrecht
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