Subtraktionsschemata in nächst-zu-nächst-zu-führender Ordnung mit Anwendungen in Top-Quark und Jet Physik

• Antragsteller: Professor Dr. Michal Czakon
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266457746

Fortschritte in der Elementarteilchenphysik sind eng verknüpft mit dem Erfolg des Large Hadron Colliders (LHC). Eine fundamentale Entdeckung wurde an dem Experiment schon gemacht: Ein neues Teilchen, dessen Eigenschaften denen des skalaren Higgs Bosons entsprechen, wurde nachgewiesen. Es wird im Standardmodell (SM) im Zuge des Mechanismus vorhergesagt, der die Massen der Elementarteilchen generiert. Um die Behauptung des Nachweises zu untermauern, haben Experimentalphysik zur Analyse der Daten enormen Gebrauch von theoretischen Werkzeugen gemacht: Zweite Korrekturen (NNLO) des Signals in der Störungsreihe in der starken Kopplung und erste Korrekturen (NLO) von Prozessen mit einer Vielzahl von emittierten Teilchen, bekannt als "parton shower", als Hintergrund des Signals. Derzeit gibt es keine Anzeichen für weitere Resonanzen. Deswegen ist die Nachfrage nach einem genauen theoretischen Verständnis von möglichen SM Prozessen im Vorder- und Hintergrund groß. Dabei wird eine Bewertung der Präzision der Vorhersagen verlangt. Der dafür geforderte Aufwand könnte sich als entscheidend für weitere Entdeckungen erweisen. Es ist das Ziel des vorgeschlagenen Projekts zu theoretischen Vorhersagen beizutragen, die für den zukünftigen Erfolg des LHC gebraucht werden. Das Konzept ist zwei Prozesse bis zur zweiten Korrektur (NNLO) in störungstheoretischer QCD zu analysieren: Top-Quark Paar Produktion und Zwei-Jet Produktion. Dabei werden allgemeine Werkzeuge entwickelt, die eine Berechnung der differentiellen Wirkungsquerschnitte mit hoher Präzision ermöglichen. In beiden Prozessen wird eine Monte-Carlo Simulation für die reelle Abstrahlung von bis zu zwei masselosen Patronen benötigt. Dies kann in sehr allgemeiner Form realisiert werden. Wir werden dazu Methoden entwickeln und diese in eine Software implementieren. Diese wird öffentlich verfügbar und auf beliebige Kollisionsprozesse anwendbar sein. Wir haben Top-Quark Paar Produktion aus folgenden phänomenologischen Gründen gewählt. Zunächst lassen sich mit Hilfe dieses Prozesses fundamentale Größen, die Top-Quark Masse, die starke Kopplung und die Gluon-Verteilung im Proton bestimmen. Ferner ist dieser Prozess ein wichtiger Hintergrund bei der Suche nach neuer Physik und könnte Effekte neuer Physik verbergen, wie z.B. bei der bekannten Anomalie der Asymmetrie spekuliert wird, die am Tevatron gemessen wurde. Eine präzise Vorhersage für Zwei-Jet Produktion ist äußerst wichtig bei der Vermessung der Gluon-Verteilung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Polen
• Kooperationspartner: Dr. Andreas van Hameren; Dr. Alexander Mitov