Präzisionsrechnungen für schleifeninduzierte Higgs-Boson Produktions- und Zerfallsprozesse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Entdeckung eines Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC) war ein bahnbrechender Erfolg für die theoretische und experimentelle Teilchenphysik. Es war der Startpunkt detailierter Studien über die genauen Eigenschaften des Higgs-Bosons. Eine wichtige Frage in diesem Zusammenhang ist, ob es sich bei dem am LHC entdeckten Higgs-Boson nur um das Higgs-Boson des Standardmodells handelt, oder ob es Teil eines erweiterten Higgs-Sektors ist. Solche Modelle mit erweitertem Higgs-Sektor können Antworten auf Fragen liefern, die im Standardmodell (SM) bisher unbeantwortet bleiben, wie z.B. die Frage nach der Natur der dunklen Materie oder die Frage nach dem Ursprung der Materie-Antimaterie–Asymmetrie des Universums. Eine der einfachsten Erweiterungen des Standardmodells ist die Higgs-Singlett-Erweiterung, in der man ein weiteres skalares elektroschwaches Singlet-Feld zum Feldgehalt des Standardmodells hinzufügt. Um die Frage zu beantworten, ob das entdeckte Higgs-Boson nur das Higgs-Boson des Standardmodells oder eines erweiterten Higgs-Sektors ist, sind präzise Theorievorhersagen sowohl innerhalb als auch in Erweiterungen des Standardmodells nötig. Mit der Berechnung solcher Theorievorhersagen wurde sich in diesem Projekt befasst. Insbesondere wurde sich in diesem Projekt mit sog. schleifeninduzierten Higgs-Boson- Produktions- und Zerfallsprozessen beschäftigt. Schleifeninduzierte Prozesse spielen in der Higgs-Physik eine spezielle Schlüsselrolle. Da das Higgs-Boson nur an massive Teilchen koppelt, werden Higgs-Boson-Produktions- und Zerfallsprozesse die masselose Teilchen, wie Gluonen oder Photonen, im Anfangs- oder Endzustand besitzen, über Schleifendiagramme mit massiven Teilchen erzeugt. Diese schleifeninduzierten Prozesse sind einerseits wichtig, da sie wesentlich zur Entdeckung eines Higgs-Bosons am LHC beigetragen haben, andererseits sind sie sensitiv auf neue Physik jenseits des SMs. Da der Prozess führender Ordnung für schleifeninduzierte Prozesse schon auf Ein-Schleifen-Niveau ist, ist die Berechnung von Korrekturen nächst-führender Ordnung hier schon mit der Berechnung von herausfordernden Zwei-Schleifendiagrammen verbunden. In diesem Projekt wurden elektroschwache Korrekturen für Observable zur Higgs-Boson-Produktion und zum Zerfall von Higgs-Bosonen schleifeninduzierter Prozesse bestimmt. Hierfür wurden spezialisierte Computer-Codes entwickelt, die die nötigen algebraischen Umformungen und numerischen Auswertungen durchführen. Die Ergebnisse dieser Rechnungen wurden für verschiedene Szenarien der neuen Parameter der SM-Erweiterung zur Verfügung gestellt und können für jedes weitere Szenario produziert werden. Diese Ergebnisse sind nützlich für Studien am LHC.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Electroweak corrections to gg → H and H → γγ in the singlet extended Standard Model “, Präsentation auf dem 29. International Workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects (2022)
B. Summ, C. Sturm & S. Uccirati
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Electroweak corrections to g + g → Hl,h and Hl,h → γ + γ in the Higgs-singlet extension of the Standard model. Journal of High Energy Physics, 2023(11).
Sturm, Christian; Summ, Benjamin & Uccirati, Sandro
