Präzisionsphysik mit Higgsbosonen

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Harlander
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 30695591

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projektes "Präzisionsphysik mit Higgsbosonen“ wurden Observablen berechnet, die eine genaue Vermessung des bislang unentdeckten Higgsbosons ermöglichen sollen. Dabei wurde einerseits die Produktionsrate des Higgsbosons am 2010 angelaufenen Large Hadron Collider unter Verwendung des Minimalen Supersymmetrischen Standardmodells (MSSM) berechnet. Letzteres ist die wohl populärste Erweiterung des Standardmodells der Elementarteilchenphysik, das die fundamentalen Bausteine und Wechselwirkungen der Natur beschreibt. Das MSSM löst einige der theoretischen Probleme, die dem Standardmodell anhaften. Während dieser Wirkungsquerschnitt im Standardmodell mit hoher Präzision bekannt ist, fehlten zum Zeitpunkt der Antragstellung im MSSM noch entscheidende Beiträge. Diese konnten mit Hilfe von Doktoranden, Diplomanden und wissenschaftlichen Mitarbeitern im Rahmen dieses Projekts bestimmt werden. Einzig die reinen Bottomquark-Terme zur nächst-nächst-führenden Ordnung der Störungstheorie konnten nicht behandelt werden: dabei handelt es sich um eine enorm schwierige Rechnung, deren technische Machbarkeit auch heute noch grenzwertig ist. Die Ergebnisse sind in ein numerisches Computerprogramm implementiert, das in Kürze der wissenschaftlichen Community zur Verfügung gestellt wird. Zudem wurde die Abhängigkeit der Higgsmasse des leichteren der beiden neutralen Higgsbosonen im MSSM von den anderen Modell-Parametern in zuvor unerreichter Präzision bestimmt (3-Schleifen-Niveau). Die technischen Herausforderungen für diese Rechnung waren enorm. Es sind auf dem Weg zu diesem Ergebnis einige – unabhängig von dieser speziellen Problemstellung interessante – Teilresultate und Computer-Tools publiziert worden. Das vollständige Ergebnis wurde ebenfalls in ein öffentlich zugängliches Computerprogramm implementiert. Die erzielten Ergebnisse werden bei den experimentellen Studien des Higgsbosons von zentraler Bedeutung sein. Ebenso, wie die theoretische Vorhersage des Higgs-Wirkungsquerschnitts im Standardmodell momentan eine Ausschluss-Grenze für die Higgsmasse bewirkt, wird auch der Vergleich mit der MSSM-Rechnung die Modellparameter immer weiter einschränken.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Gluon-Induced Weak Boson Fusion. Phys. Rev. D 77, 053010 (2008)
  R.V. Harlander, J. Vollinga, M.M. Weber
  
• Higgs boson mass in supersymmetry to three loops. Phys. Rev. Lett. 100, 191602 (2008); (E) ibid. 101, 039901 (2008)
  R.V. Harlander, P. Kant, L. Mihaila, M. Steinhauser
  
• Finite top mass effects for hadronic Higgs production at next-to-next-to-leading order. JHEP 0911, 088 (2009)
  R.V. Harlander and K.J. Ozeren
  
• The SUSY-QCD beta function to three loops. JHEP 63, 383 (2009)
  R.V. Harlander, L. Mihaila, M. Steinhauser
  
• Higgs production in gluon fusion at next-to-next-to-leading order QCD for finite top mass. Eur. Phys. J. C 66, 359 (2010)
  R.V. Harlander, H. Mantler, S. Marzani, K.J. Ozeren
  
• Supersymmetric Higgs production in gluon fusion. JHEP 1102, 055 (2011)
  R.V. Harlander, F. Hofmann, H. Mantler