Higgs Bosonen, schwere Quarks und weiche Gluonen: Verbesserung der LHC-Vorhersagen für assoziierte Higgs Produktionsprozesse durch Resummation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Kulesza
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260633026

Die Entdeckung eines Higgs Teilchens am LHC in 2012 war ein bahnbrechendes Ereignis in der Geschichte der theoretischen Teilchenphysik. Die Bestimmung der Eigenschaften dieses neuen Teilchens und damit die Untersuchung, wie genau es dem Higgs Boson im Standardmodell der Teilchenphysik (SM) entspricht, ist das vorrangige Ziel des aktuellen Forschungsprogramms am LHC. Neben den Anstrengungen bei den experimentellen Messungen werden zur Bestimmung der Eigenschafften des Higgs Teilchens auch die notwendigen theoretischen Vorhersagen mit sehr hoher Genauigkeit benötigt. Mit höchster Spannung wird deshalb die Messung der Kopplung zwischen dem Higgs Teilchen und den Top Quarks erwartet. Diese Kopplung kann direkt über den Prozess der Erzeugung eines Higgs Bosons in Verbindung mit einem Top Anti-Top Paar, gemessen werden. Prozesse bei denen die Kopplung des Higgs Bosons an schwere Quarks relevant ist, spielen auch bei supersymmetrischen Erweiterungen des SM eine wichtige Rolle. Die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells, im Besonderen die Suche nach Teilchen, die von supersymmetrischen Theorien vorhergesagt werden, stellt eine weitere zentrale Aktivität am LHC in den kommenden Jahren dar.Das Hauptziel dieses Projektantrags ist die Verbesserung der Genauigkeit in den Vorhersagen für die Erzeugung sowohl des SM Higgs Bosons als auch von supersymmetrischen Higgs Bosonen jeweils in Verbindung mit schweren Quarks am LHC. Im Detail wird die Verbesserung erreicht, indem die Korrekturen, die aus der Abstrahlung von weichen und kollinearen Gluonen resultieren, in höherer Ordnung der störungstheoretischen Beschreibung der Quantenchromodynamik berechnet werden. Diese Korrekturen werden auf Basis von Resummationsmethoden systematisch zu allen Ordnungen berücksichtigt. Die ersten Ziele, die in diesem Projektantrag beschrieben sind, beziehen sich auf die Erzeugung eines SM Higgs Bosons in Verbindung mit Top Quarks. Dabei ist der Hauptfokus auf die Berechnungen gelegt, die es ermöglichen, resummierte Vorhersagen für den Wirkungsquerschnitt und differenzielle Verteilungen in der nächstführenden logarithmischen Genauigkeit zu erhalten. Die Berechnungen, die in diesem Teil des Projektantrags vorgeschlagen werden, sind die erste Anwendung der analytischen Resummationsmethoden auf die Produktion des Higgs Bosons in Verbindung mit Top Quarks in hadronischen Kollisionen. Weitere Ziele in diesem Projektantrag beschäftigen sich mit der Untersuchung der Bedeutung von Korrekturen durch Resummation weicher Gluonen bei der Erzeugung von Higgs Bosonen im minimalen supersymmetrischen Standardmodell. In diesem Fall werden ebenfalls theoretische Vorhersagen für sowohl die totalen Wirkungsquerschnitte als auch die differentiellen Verteilungen bestimmt. Neben den analytischen Berechnungen werden im Rahmen dieses Projektantrags numerische Simulationen durchgeführt und die dafür notwendigen Programmcodes für alle betrachteten Prozesse fertiggestellt und veröffentlicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen, USA
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Leszek Motyka; Dr. Tomasz Stebel