Anwendungen effektiver Feldtheorien in der Colliderphysik: Faktorisierung und Resummation für Jetprozesse am LHC
Final Report Abstract
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, mit Hilfe der Methode effektiver Feldtheorien eine möglichst präzise theoretische Beschreibung von wichtigen Streuprozessen am Large Hadron Collider (LHC) des Europäischen Forschungszentrums CERN zu erzielen. Ausgehend von Faktorisierungstheoremen sollte die Resummation von Sudakov-Logarithmen jenseits der führenden Ordnung durchgeführt werden. Zunächst wurde ein umfassendes Verständnis der Struktur von Infrarotdivergenzen von Streuamplituden mit einer beliebigen Zahl von massiven oder masselosen äußeren Beinen gewonnen. Hierzu wurden zwei bisher unbekannte Funktionen, die die Dreipartonkorrelationen in der Matrix der anomalen Dimensionen beschreiben, in der Zweischleifenapproximation berechnet. Außerdem wurde die allgemeine Struktur der anomalen Dimensionen von beliebigen n-Teilchenstreuamplituden auf Drei- und Vierschleifenniveau hergeleitet. Der zweite Projektabschnitt befasste sich mit der störungstheoretischen Berechnung von Strahlfunktionen, Jetfunktionen und weichen Funktionen. Die wichtigste Entdeckung in diesem Kontext war die der kollinearen Anomalie von Faktorisierungstheoremen in der effektiven Theorie SCETII. Dieses Phänomen ist von allgemeiner Natur und tritt immer dann auf, wenn die relevanten Observablen von Transversalimpuls der Teilchen abhängen. Wichtige Beispiele sind die Transversalimpulsverteilungen von elektroschwachen Bosonen (W, Z und H) in der Drell- Yan-Produktion, das jet broadening in der Elektron-Positron-Vernichtung und der Wirkungsquerschnitt für die Higgs-Produktion mit einem Jet-Veto. Im dritten Projektteil wurden die gewonnenen Ergebnisse auf eine breite Klasse von relevanten Streuprozessen am LHC angewandt. So wurden präzise Vorhersagen für die Higgs-Produktion und die Topquark- Paarproduktion am LHC und am Tevatron erhalten, wobei neben den totalen Produktionsraten auch differentielle Verteilungen (Transversalimpulsspektren, Vorwärts-Rückwärts- Asymmetrie, Jet-Veto) im Detail untersucht wurden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt befasste sich mit Vorhersagen von Wirkungsquerschnitten für die Paarproduktion supersymmetrischer Teilchen am LHC. Die gewonnenen Resultate sind von großer phänomenologischer Relevanz im Hinblick auf die Datenanalysen am LHC. Präzise theoretische Vorhersagen für wichtige Streuprozesse dienen nicht nur der Überprüfung des Standardmodells der Teilchenphysik sondern sind auch für die Suche nach Effekten "neuer Physik" von entscheidender Bedeutung. Wichtige konzeptionelle Durchbrüche, wie etwa die Entdeckung der kollinearen Anomalie oder die Herleitung eines Faktorisierungstheorems für Wirkungsquerschnitte mit einem Jet-Veto, haben das Gebiet nachhaltig voran gebracht. Das breite Forschungsprogramm wird seit 2012 im Rahmen eines ERC Advanced Grant in einem erheblich erweiterten Kontext fortgeführt.
Publications
- Drell-Yan production at small qT, transverse parton distributions and the collinear anomaly. Eur. Phys. J C71 (2011) 1665
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V. Ahrens, A. Ferroglia, M. Neubert, B.D. Pecjak, L.L. Yang
- The top-pair forward-backward asymmetry beyond NLO. Phys. Rev. D84 (2011) 074004
V. Ahrens, A. Ferroglia, M. Neubert, B.D. Pecjak, L.L. Yang
- Factorization and NNLL resummation for Higgs production with a jet veto. JHEP 1207 (2012) 108
T. Becher, M. Neubert
(See online at https://doi.org/10.1007/JHEP07(2012)108) - Structure of infrared singularities of gauge-theory amplitudes at three and four loops. JHEP 1209 (2012) 138
V. Ahrens, M. Neubert, L. Vernazza
(See online at https://doi.org/10.1007/JHEP09(2012)138) - Factorization and N3LLp+NNLO predictions for the Higgs cross section with a jet veto. JHEP 1310 (2013) 125
T. Becher, M. Neubert, L. Rothen
(See online at https://doi.org/10.1007/JHEP10(2013)125) - Higgs-boson production at small transverse momentum. JHEP 1305 (2013) 110
T. Becher, M. Neubert, D. Wilhelm
(See online at https://doi.org/10.1007/JHEP05(2013)110) - NNLL momentum-space resummation for stop-pair production at the LHC. JHEP 1403 (2014) 066
A. Broggio, A. Ferroglia, M. Neubert, L. Vernazza, L.L. Yang
(See online at https://doi.org/10.1007/JHEP03(2014)066)
