Elektroschwache Korrekturen bei sehr hohen Energien für Vielteilchenprozesse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit der Entdeckung des Higgs-Bosons am Large Hadron Collider (LHC) im Jahr 2012 wurde das letzte fehlende Teilchen des Standardmodells (SM) der Elementarteilchenphysik nachgewiesen. Praktisch alle am LHC untersuchten Prozesse werden vom SM gut beschrieben und die Suche nach neuer Physik brachte bisher noch keine durchschlagenden Ergebnisse. Andererseits ist Physik jenseits des SM erforderlich, um experimentelle Befunde wie die Dunkle Materie und die Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums zu erklären. Die Strategie der Teilchenphysik ist es daher, nach neuen Phänomenen zu suchen und das SM bei den höchstmöglichen Energien und mit höchstmöglicher Präzision zu testen. Theoretische Teilchenphysiker arbeiten hart daran, hinreichend genaue Vorhersagen für Kollider-Prozesse zu liefern. Dies erfordert die Berücksichtigung störungstheoretischer Korrekturen der starken aber auch der elektroschwachen (ES) Wechselwirkung. Die Relevanz von ES Korrekturen nimmt zu, wenn die Energien im Vergleich zu den Massen der ES Eichbosonen groß werden. Infolgedessen erreichen die ES Korrekturen für viele Prozesse am LHC mehrere zehn Prozent im Hochenergiebereich von Verteilungen, der besonders empfindlich auf Physik jenseits des SM ist. Bei zukünftigen Kollidern im 100 TeV-Bereich werden die ES Korrekturen so groß, dass ihre Resummation zwingend erforderlich ist. Eine störungstheoretische Methode, die die Resummation logarithmisch verstärkter Korrekturen erlaubt, ist die Soft-Collinear-Effective-Theory (SCET). SCET ist ein etabliertes Werkzeug zur Berechnung und insbesondere Resummation von Korrekturen der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien aber auch für Hochenergie-Prozesse am LHC. Vor einigen Jahren wurde ein SCET-Formalismus zur Berechnung von ES Korrekturen bei hohen Energien formuliert. Obwohl dieser auf einige einfache LHC-Prozesse angewandt wurde, wurde er bisher weder für Mehrteilchenprozesse eingesetzt noch in Monte-Carlo-Generatoren implementiert. Das zentrale Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Etablierung einer Methode für die Berechnung von ES Korrekturen für Mehrteilchenprozesse bei Energien, die groß gegen die ES Skala sind. Dazu wurde die SCET-Methode zur Berechung ES Korrekturen in den Monte-Carlo-Integrator MoCaNLO implementiert. Um die prozessabhängigen High-Scale-Matching-Beiträge zu berechnen, wurde eine geeignete Modelldatei für den Matrixelementgenerator Recola2 konstruiert. Damit haben wir die ES Korrekturen zur Produktion von massiven Vektorboson-Paaren an zukünftigen Hadron- und Leptonbeschleunigern berechnet. Wir haben die Genauigkeit der SCET-Ergebnisse durch Vergleich mit einer exakten Rechnung in nächstführender Ordnung und die Effekte der Resummation innerhalb von SCET studiert. Unsere Ergebnisse liefern wichtige Inputs für die Implementierung von ES Korrekturen in moderne Monte-Carlo-Generatoren und Abschätzungen für die von einem solchen Formalismus zu erwartende Genauigkeit.
