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
  M. Beneke and M. Neubert
  
• “Monte Carlo errors with less errors,” Comput. Phys. Commun. 156 (2004) 143 [Erratum: Comput. Phys. Commun. 176 (2007) 383]
  U. Wolff [ALPHA Collaboration]
  
• “The Three loop splitting functions in QCD: The Nonsinglet case,” Nucl. Phys. B 688 (2004) 101
  S. Moch, J. A. M. Vermaseren and A. Vogt
  
• “Computation of the strong coupling in QCD with two dynamical flavors,” Nucl. Phys. B 713 (2005) 378
  M. Della Morte et al. [ALPHA Collaboration]
  
• “Non-perturbative quark mass renormalization in two-flavor QCD,” Nucl. Phys. B 729 (2005) 117
  M. Della Morte et al. [ALPHA Collaboration]
  
• “On lattice actions for static quarks,” JHEP 0508 (2005) 051
  M. Della Morte, A. Shindler and R. Sommer
  
• “The Four-loop QCD beta-function and anomalous dimensions,” Nucl. Phys. B 710 (2005) 485
  M. Czakon
  
• “HMC algorithm with multiple time scale integration and mass preconditioning,” Comput. Phys. Commun. 174 (2006) 87
  C. Urbach, K. Jansen, A. Shindler and U. Wenger
  
• “Next-to-leading order QCD corrections to W+W- production via vector-boson fusion,” JHEP 0607 (2006) 015
  B. Jäger, C. Oleari and D. Zeppenfeld
  
• “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
  A. B. Arbuzov, M. Awramik, M. Czakon, A. Freitas, M. W. Grunewald, K. M¨onig, S. Riemann and T. Riemann
  
• “Dynamical twisted mass fermions with light quarks,” Phys. Lett. B 650 (2007) 304
  P. Boucaud et al. [ETM Collaboration]
  
• “Estimate of B(anti-B → X(s) gamma) at O(αs2),” Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 022002
  M. Misiak et al.
  
• “Heavy Quark Masses from Sum Rules in Four-Loop Approximation,” Nucl. Phys. B 778 (2007) 192
  J. H. Kühn, M. Steinhauser and C. Sturm
  
• “NNLO QCD corrections to the anti-B → X(s) gamma matrix elements using interpolation in m(c),” Nucl. Phys. B 764 (2007) 62
  M. Misiak and M. Steinhauser
  
• “Algorithm FIRE – Feynman Integral REduction,” JHEP 0810 (2008) 107
  A. V. Smirnov
  
• “Dynamical Twisted Mass Fermions with Light Quarks: Simulation and Analysis Details,” Comput. Phys. Commun. 179 (2008) 695
  P. Boucaud et al. [ETM Collaboration]
  
• “High-Precision Charm-Quark Mass from Current-Current Correlators in Lattice and Continuum QCD,” Phys. Rev. D 78 (2008) 054513
  I. Allison et al. [HPQCD Collaboration]
  
• “Order α4(s) QCD Corrections to Z and tau Decays,” Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 012002
  P. A. Baikov, K. G. Chetyrkin and J. H. Kühn
  
• “Theoretical status and prospects for top-quark pair production at hadron colliders,” Phys. Rev. D 78 (2008) 034003
  S. Moch and P. Uwer
  
• “Charm and Bottom Quark Masses: An Update,” Phys. Rev. D 80 (2009) 074010
  K. G. Chetyrkin, J. H. Kühn, A. Maier, P. Maierhofer, P. Marquard, M. Steinhauser and C. Sturm
  
• “Measuring the running top-quark mass,” Phys. Rev. D 80 (2009) 054009
  U. Langenfeld, S. Moch and P. Uwer
  
• “On the generalized eigenvalue method for energies and matrix elements in lattice field theory,” JHEP 0904 (2009) 094
  B. Blossier, M. Della Morte, G. von Hippel, T. Mendes and R. Sommer
  
• “Pseudoscalar decay constants of kaon and D-mesons from Nf = 2 twisted mass Lattice QCD,” JHEP 0907 (2009) 043
  B. Blossier et al. [ETM Collaboration]
  
• “Softgluon resummation for squark and gluino hadroproduction,” JHEP 0912 (2009) 041
  W. Beenakker, S. Brensing, M. Krämer, A. Kulesza, E. Laenen and I. Niessen
  
• “VBFNLO: A Parton level Monte Carlo for processes with electroweak bosons,” Comput. Phys. Commun. 180 (2009) 1661
  K. Arnold et al.
  
• “Distributions and correlations for top quark pair production and decay at the Tevatron and LHC.,” Nucl. Phys. B 837 (2010) 90
  W. Bernreuther and Z. G. Si
  
• “Finite top quark mass effects in NNLO Higgs boson production at LHC,” JHEP 1002 (2010) 025
  A. Pak, M. Rogal and M. Steinhauser
  
• “Light hadrons from lattice QCD with light (u,d), strange and charm dynamical quarks,” JHEP 1006 (2010) 111
  R. Baron et al.
  
• “Light Meson Physics from Maximally Twisted Mass Lattice QCD,” JHEP 1008 (2010) 097
  R. Baron et al. [ETM Collaboration]
  
• “Light MSSM Higgs boson mass to three-loop accuracy,” JHEP 1008 (2010) 104
  P. Kant, R. V. Harlander, L. Mihaila and M. Steinhauser
  
• “Soft radiation in heavy-particle pair production: All-order colour structure and two-loop anomalous dimension,” Nucl. Phys. B 828 (2010) 69
  M. Beneke, P. Falgari and C. Schwinn
  
• “Supersymmetric top and bottom squark production at hadron colliders,” JHEP 1008 (2010) 098
  W. Beenakker, S. Brensing, M. Kr¨amer, A. Kulesza, E. Laenen and I. Niessen
  
• “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
  S. Alekhin, J. Blümlein, S. Klein and S. Moch
  
• “The Multithreaded version of FORM,” Comput. Phys. Commun. 181 (2010) 1419
  M. Tentyukov and J. A. M. Vermaseren
  
• “HATHOR: HAdronic Top and Heavy quarks crOss section calculatoR,” Comput. Phys. Commun. 182 (2011) 1034
  M. Aliev, H. Lacker, U. Langenfeld, S. Moch, P. Uwer and M. Wiedermann
  
• “First Glimpses at Higgs’ face,” JHEP 1212 (2012) 045
  J. R. Espinosa, C. Grojean, M. Mühlleitner and M. Trott
  
• “NMSSM Higgs Benchmarks Near 125 GeV,” Nucl. Phys. B 860 (2012) 207
  S. F. King, M. Mühlleitner and R. Nevzorov
  
• “Parton Distribution Functions and Benchmark Cross Sections at NNLO,” Phys. Rev. D 86 (2012) 054009
  S. Alekhin, J. Blümlein and S. Moch
  
• “The strange quark mass and Lambda parameter of two flavor QCD,” Nucl. Phys. B 865 (2012) 397
  P. Fritzsch, F. Knechtli, B. Leder, M. Marinkovic, S. Schaefer, R. Sommer and F. Virotta
  
• “Total Top-Quark Pair-Production Cross Section at Hadron Colliders Through O(αs4),” Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 252004
  M. Czakon, P. Fiedler and A. Mitov