Elektroschwache Korrekturen bei sehr hohen Energien für Vielteilchenprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Ansgar Denner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453656243

Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC) in 2012 wurde das letzte fehlende Teilchen des Standardmodells (SM) der Elementarteilchenphysik gefunden. Praktisch alle am LHC vermessenen Prozesse werden gut durch das SM beschrieben, und die Suche nach neuer Physik hat bisher keine schlüssigen Ergebnisse geliefert. Andererseits bedarf es Physik jenseits des SM um die Dunkle Materie und die Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums zu erklären. Daher muss das SM bei den höchstmöglichen Energien und mit höchstmöglicher Präzision getestet werden.Die Theoretiker arbeiten hart daran, ausreichend genaue Vorhersagen für Kollider-Prozesse zu liefern. Dies erfordert die Berechnung von störungstheoretischen Korrekturen der starken und der elektroschwachen (ES) Wechselwirkung. Die Bedeutung von ES Korrekturen nimmt zu, wenn die Energien im Vergleich zu den Massen der ES Eichbosonen groß werden. So erreichen die ES Korrekturen für viele Prozesse am LHC mehrere zehn Prozent in Hochenergie-Schwänzen von Verteilungen, die besonders empfindlich auf Physik jenseits des SM sind. Im 100-TeV-Bereich zukünftiger Kollider werden die ES Korrekturen so groß, dass ihre Resummation unumgänglich ist.Ein Formalismus zur Resummation der führenden logarithmischen Korrekturen ist die Soft-Collinear Effective Theory (SCET). Sie ist ein etabliertes Werkzeug zur Berechnung und Resummation von Korrekturen der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien aber auch am LHC. Vor einigen Jahren wurde ein SCET-Formalismus für Streuprozesse bei hohen Energien einschließlich ES Korrekturen formuliert. Während dieser auf einige einfache Prozesse angewandt wurde, wurde er bisher weder für Mehrteilchen-Prozesse benutzt noch in Monte-Carlo-Generatoren implementiert.Das zentrale Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erstellung eines Werkzeugs zur Berechnung von ES Korrekturen für Mehrteilchenprozesse bei Energien, die groß im Vergleich zur ES Skala sind. Dazu werden wir den SCET-Formalismus in den Monte-Carlo Generator MoCaNLO implementieren. Während einige Komponenten direkt aus der Literatur entnommen werden können, muss der komplizierteste Baustein, das High-Scale-Matching, für jeden Prozess separat berechnet werden. Wir werden den Matrixelement-Generator Recola2 verwenden um dies zu automatisieren und eine entsprechende Recola-Modelldatei erarbeiten.Um die Genauigkeit des SCET-Ansatzes für ES Korrekturen zu beurteilen, werden wir die damit gewonnenen Ergebnisse mit denen vollständiger Rechnungen in nächstführender Ordnung für verschiedene Prozesse vergleichen. Schließlich werden wir die resummierten ES Korrekturen für mehrere hadronische Prozesse im 100-TeV-Energiebereich berechnen. Auf der Basis unserer Ergebnisse wird eine Implementierung von führenden ES Korrekturen in moderne Monte-Carlo-Generatoren möglich sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen