TRR 9:  Computergestützte Theoretische Teilchenphysik

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5485680

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Computergestützte Physik hat sich in den vergangenen Jahren als eigenständiges Forschungsgebiet etabliert. Insbesondere die Theoretische Teilchenphysik hat von der Entwicklung neuer und leistungsstarker computergestützter Rechentechniken profitiert, sie hat aber durch ihre immer komplexer werdenden Anforderungen auch neue Entwicklungen in der Comptergestützten Physik angestoßen. Die beiden zentralen Themengebiete des Sonderforschungsbereichs/Transregio 9 “Computergestützte Teilchenphysik”, die Berechnung hochenergetischer Streuamplituden mithilfe von Computeralgebra sowie die numerische Simulation von Quantenfeldtheorien auf dem Gitter, sind herausragende Beispiele für dieses Zusammenspiel. Durch die rasante Entwicklung von Rechenleistung und der Effizienz numerischer Algorithmen können in der Theoretischen Teilchenphysik neue, komplexe Fragestellungen angegangen werden. So erlaubt der Einschluss dynamischer Fermionen in die numerischen Simulationen der Gittereichtheorie die Berechnung physikalischer Observablen wie Übergangsamplituden oder Teilchenspektren mit beispielloser Genauigkeit. Neue Entwicklungen im Bereich der Computeralgebra machen andererseits eine weitgehend automatisierte Berechnung von Massen, Kopplungen oder aufwändigen Streuprozessen an Hochenergiebeschleunigern im Rahmen der störungstheoretischen Quantenfeldtheorie möglich. Der Sonderforschungsbereichs/Transregio 9 hat zum einen neue, effizientere Methoden sowie analytische und numerische Werkzeuge im Bereich der störungstheoretischen Quantenfeldtheorie und der Gittereichtheorie entwickelt, und zum anderen die Anwendung dieser Methoden und Werkzeuge auf physikalische Fragestellungen in der Präzisionsphysik bei niedrigen Energien und der Physik an Hochenergiebeschleunigern, insbesondere dem Large Hadron Collider, vorangetrieben. Die im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregio 9 entwickelten neuen Methoden und ihre physikalischen Anwendungen tragen maßgeblich zu der Bestimmung fundamentaler physikalischer Größen und zur möglichen Entdeckung neuer Phänomene der Teilchenphysik bei.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “QCD factorization for B → P P and B → P V decays,” Nucl. Phys. B 675 (2003) 333
  Beneke, Martin & Neubert, Matthias
  
• “Monte Carlo errors with less errors,” Comput. Phys. Commun. 156 (2004) 143 [Erratum: Comput. Phys. Commun. 176 (2007) 383]
  Wolff, Ulli
  
• “The Three loop splitting functions in QCD: The Nonsinglet case,” Nucl. Phys. B 688 (2004) 101
  Moch, S.; Vermaseren, J.A.M. & Vogt, A.
  
• “Computation of the strong coupling in QCD with two dynamical flavors,” Nucl. Phys. B 713 (2005) 378
  Della Morte, M.; Frezzotti, R.; Heitger, J.; Rolf, J.; Sommer, R. & Wolff, U.
  
• “Non-perturbative quark mass renormalization in two-flavor QCD,” Nucl. Phys. B 729 (2005) 117
  Della Morte, Michele; Hoffmann, Roland; Knechtli, Francesco; Rolf, Juri; Sommer, Rainer; Wetzorke, Ines & Wolff, Ulli
  
• “On lattice actions for static quarks,” JHEP 0508 (2005) 051
  Morte, Michele Della; Shindler, Andrea & Sommer, Rainer
  
• “The Four-loop QCD beta-function and anomalous dimensions,” Nucl. Phys. B 710 (2005) 485
  Czakon, M.
  
• “HMC algorithm with multiple time scale integration and mass preconditioning,” Comput. Phys. Commun. 174 (2006) 87
  Urbach, C.; Jansen, K.; Shindler, A. & Wenger, U.
  
• “ZFITTER: A Semi-analytical program for fermion pair production in e+ e- annihilation, from version 6.21 to version 6.42,” Comput. Phys. Commun. 174 (2006) 728
  Arbuzov, A.B.; Awramik, M.; Czakon, M.; Freitas, A.; Grünewald, M.W.; Mönig, K.; Riemann, S. & Riemann, T.
  
• “Dynamical twisted mass fermions with light quarks,” Phys. Lett. B 650 (2007) 304
  Boucaud, Ph.; Dimopoulos, P.; Farchioni, F.; Frezzotti, R.; Gimenez, V.; Herdoiza, G.; Jansen, K.; Lubicz, V.; Martinelli, G.; McNeile, C.; Michael, C.; Montvay, I.; Palao, D.; Papinutto, M.; Pickavance, J.; Rossi, G.C.; Scorzato, L.; Shindler, A.; Simula, S.; ... & Wenger, U.
  
• “Estimate of B(anti-B → X(s) gamma) at O(αs2),” Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 022002
  Misiak, M.; Asatrian, H. M.; Bieri, K.; Czakon, M.; Czarnecki, A.; Ewerth, T.; Ferroglia, A.; Gambino, P.; Gorbahn, M.; Greub, C.; Haisch, U.; Hovhannisyan, A.; Hurth, T.; Mitov, A.; Poghosyan, V.; Ślusarczyk, M. & Steinhauser, M.
  
• “Heavy Quark Masses from Sum Rules in Four-Loop Approximation,” Nucl. Phys. B 778 (2007) 192
  Kühn, Johann H.; Steinhauser, Matthias & Sturm, Christian
  
• “Next-to-leading order QCD corrections to W+W- production via vector-boson fusion,” JHEP 0607 (2006) 015
  Bozzi, Giuseppe; Jäger, Barbara; Oleari, Carlo & Zeppenfeld, Dieter
  
• “NNLO QCD corrections to the anti-B → X(s) gamma matrix elements using interpolation in m(c),” Nucl. Phys. B 764 (2007) 62
  Misiak, Mikołaj & Steinhauser, Matthias
  
• “Algorithm FIRE – Feynman Integral REduction,” JHEP 0810 (2008) 107
  Smirnov, A.V
  
• “Dynamical Twisted Mass Fermions with Light Quarks: Simulation and Analysis Details,” Comput. Phys. Commun. 179 (2008) 695
  Boucaud, Ph.; Dimopoulos, P.; Farchioni, F.; Frezzotti, R.; Gimenez, V.; Herdoiza, G.; Jansen, K.; Lubicz, V.; Michael, C.; Münster, G.; Palao, D.; Rossi, G.C.; Scorzato, L.; Shindler, A.; Simula, S.; Sudmann, T.; Urbach, C. & Wenger, U.
  
• “High-Precision Charm-Quark Mass from Current-Current Correlators in Lattice and Continuum QCD,” Phys. Rev. D 78 (2008) 054513
  Allison, I.; Dalgic, E.; Davies, C. T. H.; Follana, E.; Horgan, R. R.; Hornbostel, K.; Lepage, G. P.; McNeile, C.; Shigemitsu, J.; Trottier, H.; Woloshyn, R. M.; Chetyrkin, K. G.; Kühn, J. H.; Steinhauser, M. & Sturm, C.
  
• “Order α4(s) QCD Corrections to Z and tau Decays,” Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 012002
  Baikov, P. A.; Chetyrkin, K. G. & Kühn, J. H.
  
• “Theoretical status and prospects for top-quark pair production at hadron colliders,” Phys. Rev. D 78 (2008) 034003
  Moch, S. & Uwer, P.
  
• “Charm and Bottom Quark Masses: An Update,” Phys. Rev. D 80 (2009) 074010
  Chetyrkin, K. G.; Kühn, J. H.; Maier, A.; Maierhöfer, P.; Marquard, P.; Steinhauser, M. & Sturm, C.
  
• “Measuring the running top-quark mass,” Phys. Rev. D 80 (2009) 054009
  Langenfeld, U.; Moch, S. & Uwer, P.
  
• “On the generalized eigenvalue method for energies and matrix elements in lattice field theory,” JHEP 0904 (2009) 094
  collaboration, ALPHA; Blossier, Benoit; Morte, Michele Della; Hippel, Georg von; Mendes, Tereza & Sommer, Rainer
  
• “Pseudoscalar decay constants of kaon and D-mesons from Nf = 2 twisted mass Lattice QCD,” JHEP 0907 (2009) 043
  Collaboration, European Twisted Mass; Blossier, B.; Dimopoulos, P.; Frezzotti, R.; Haas, B.; Herdoiza, G.; Jansen, K.; Lubicz, V.; Mescia, F.; Palao, D.; Shindler, A.; Simula, S.; Tarantino, C.; Urbach, C. & Wenger, U.
  
• “Softgluon resummation for squark and gluino hadroproduction,” JHEP 0912 (2009) 041
  Beenakker, Wim; Brensing, Silja; Krämer, Michael; Kulesza, Anna; Laenen, Eric & Niessen, Irene
  
• “VBFNLO: A Parton level Monte Carlo for processes with electroweak bosons,” Comput. Phys. Commun. 180 (2009) 1661
  Arnold, K.; Bähr, M.; Bozzi, G.; Campanario, F.; Englert, C.; Figy, T.; Greiner, N.; Hackstein, C.; Hankele, V.; Jäger, B.; Klämke, G.; Kubocz, M.; Oleari, C.; Plätzer, S.; Prestel, S.; Worek, M. & Zeppenfeld, D.
  
• “Distributions and correlations for top quark pair production and decay at the Tevatron and LHC.,” Nucl. Phys. B 837 (2010) 90
  Bernreuther, Werner & Si, Zong-Guo
  
• “Finite top quark mass effects in NNLO Higgs boson production at LHC,” JHEP 1002 (2010) 025
  Pak, Alexey; Rogal, Mikhail & Steinhauser, Matthias
  
• “Light hadrons from lattice QCD with light (u,d), strange and charm dynamical quarks,” JHEP 1006 (2010) 111
  Baron, R.; Boucaud, Ph.; Carbonell, J.; Deuzeman, A.; Drach, V.; Farchioni, F.; Gimenez, V.; Herdoiza, G.; Jansen, K.; McNeile, C.; Michael, C.; Montvay, I.; Palao, D.; Pallante, E.; Pène, O.; Reker, S.; Urbach, C.; Wagner, M. & Wenger, U.
  
• “Light Meson Physics from Maximally Twisted Mass Lattice QCD,” JHEP 1008 (2010) 097
  Baron, Remi; Boucaud, Phillip; Dimopoulos, Petros; Frezzotti, Roberto; Palao, David; Rossi, Giancarlo; Farchioni, Federico; Münster, Gernot; Sudmann, Tobias; Gimenez, Vicent; Herdoiza, Gregorio; Jansen, Karl; Lubicz, Vittorio; Simula, Silvano; Michael, C.; Scorzato, L.; Shindler, A.; Urbach, C. & Wenger, U.
  
• “Light MSSM Higgs boson mass to three-loop accuracy,” JHEP 1008 (2010) 104
  Kant, P.; Harlander, R. V.; Mihaila, L. & Steinhauser, M.
  
• “Soft radiation in heavy-particle pair production: All-order colour structure and two-loop anomalous dimension,” Nucl. Phys. B 828 (2010) 69
  Beneke, M.; Falgari, P. & Schwinn, C.
  
• “Supersymmetric top and bottom squark production at hadron colliders,” JHEP 1008 (2010) 098
  Beenakker, Wim; Brensing, Silja; Krämer, Michael; Kulesza, Anna; Laenen, Eric & Niessen, Irene
  
• “The 3, 4, and 5-flavor NNLO Parton Distribution Functions from Deep-Inelastic-Scattering Data and at Hadron Colliders,” Phys. Rev. D 81 (2010) 014032
  Alekhin, S.; Blümlein, J.; Klein, S. & Moch, S.
  
• “The Multithreaded version of FORM,” Comput. Phys. Commun. 181 (2010) 1419
  Tentyukov, M. & Vermaseren, J.A.M.
  
• “HATHOR: HAdronic Top and Heavy quarks crOss section calculatoR,” Comput. Phys. Commun. 182 (2011) 1034
  Aliev, M.; Lacker, H.; Langenfeld, U.; Moch, S.; Uwer, P. & Wiedermann, M.
  
• “First Glimpses at Higgs’ face,” JHEP 1212 (2012) 045
  Espinosa, J. R.; Grojean, C.; Mühlleitner, M. & Trott, M.
  
• “NMSSM Higgs Benchmarks Near 125 GeV,” Nucl. Phys. B 860 (2012) 207
  King, S.F.; Mühlleitner, M. & Nevzorov, R.
  
• “Parton Distribution Functions and Benchmark Cross Sections at NNLO,” Phys. Rev. D 86 (2012) 054009
  Alekhin, S.; Blümlein, J. & Moch, S.
  
• “The strange quark mass and Lambda parameter of two flavor QCD,” Nucl. Phys. B 865 (2012) 397
  Fritzsch, Patrick; Knechtli, Francesco; Leder, Björn; Marinkovic, Marina; Schaefer, Stefan; Sommer, Rainer & Virotta, Francesco
  
• “Total Top-Quark Pair-Production Cross Section at Hadron Colliders Through O(αs4),” Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 252004
  Czakon, Michał; Fiedler, Paul & Mitov, Alexander