Die Theoriegruppe am HEPHY entwickelt teilchenphysikalische Modelle sowie mathematische und computergestützte Methoden, mit dem Ziel, die Bausteine und Wechselwirkungen der Natur am grundlegenden Niveau besser zu verstehen. Unsere wissenschaftlichen Aktivitäten erstrecken sich sowohl auf die Untersuchung der Dynamik bereits bekannter Teilchensorten, als auch auf Forschungsstudien zur Physik jenseits des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik.
Mit der Entdeckung des Higgsteilchens haben wir einen großen Fortschritt in unserem Verständnis gemacht, woher die Masse von fundamentalen Teilchen kommt. Der größte Teil der Masse der Materie aber, die uns im Alltag in Form z.B. von Protonen, Neutronen, Atomkernen, Atomen und Molekülen umgibt, stammt aus den Bindungskräften der Quarks, beschrieben durch die Quantenchromodynamik (QCD). Theoretiker unseres Institutes entwickeln mathematische Beschreibungen von Materie in einem Bereich, wo die QCD sich in ihrer fundamentalen Form einer direkten Berechnung verschließt.
Eine weiterer Wissenschaftszweig am HEPHY betrifft eine möglicherweise in der Natur realisierte Symmetrie, genannt Supersymmetrie (SUSY). SUSY ist eine Theorie, die zu jedem Standardmodell-Teilchen ein schwereres Partnerteilchen voraussagt. SUSY hat viele theoretisch ansprechende Konsequenzen und ein Großteil des experimentellen Aufwandes am Large Hadron Collider (LHC) zielt darauf ab, solche Teilchen zu finden. Insbesonders sind Theoretiker am HEPHY mit der Auffindung von phänomenologisch relevanten Szenarien beschäftigt, nach denen am LHC oder an zukünfigen Beschleunigern gesucht werden soll.
Trotz unseres bereits beeindruckenden Verständnisses vom Ursprung der Masse gewöhnlicher Materie bleibt der Gesamtmateriegehalt des Universums ein Mysterium. Astrophysikalische Beobachtungen zeigen, dass 85% dieser Masse von einer oder mehreren bisher unentdeckten Teilchenarten stammen muss, der Dunklen Materie. Das Verstehen der mikrophysikalischen Natur der Dunklen Materie und wie sie mit dem Standardmodell zusammenhängt, gehört zu den brennendsten Fragestellungen in der heutigen Teilchenphysik. Theoretiker am HEPHY formulieren und untersuchen Modelle dieses “verborgenen Teilchensektors”, konfrontieren diese mit existierenden Daten und treffen Vorhersagen für zukünftige Experimente.