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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2003.09.026)
• “Monte Carlo errors with less errors,” Comput. Phys. Commun. 156 (2004) 143 [Erratum: Comput. Phys. Commun. 176 (2007) 383]
  U. Wolff [ALPHA Collaboration]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/S0010-4655(03)00467-3 https://doi.org/10.1016/j.cpc.2006.12.001)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2004.03.030)
• “Computation of the strong coupling in QCD with two dynamical flavors,” Nucl. Phys. B 713 (2005) 378
  M. Della Morte et al. [ALPHA Collaboration]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2005.02.013)
• “Non-perturbative quark mass renormalization in two-flavor QCD,” Nucl. Phys. B 729 (2005) 117
  M. Della Morte et al. [ALPHA Collaboration]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2005.09.028)
• “On lattice actions for static quarks,” JHEP 0508 (2005) 051
  M. Della Morte, A. Shindler and R. Sommer
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1126-6708/2005/08/051)
• “The Four-loop QCD beta-function and anomalous dimensions,” Nucl. Phys. B 710 (2005) 485
  M. Czakon
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2005.01.012)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cpc.2005.08.006)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.75.073004)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cpc.2005.12.009)
• “Dynamical twisted mass fermions with light quarks,” Phys. Lett. B 650 (2007) 304
  P. Boucaud et al. [ETM Collaboration]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.physletb.2007.04.054)
• “Estimate of B(anti-B → X(s) gamma) at O(αs2),” Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 022002
  M. Misiak et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.022002)
• “Heavy Quark Masses from Sum Rules in Four-Loop Approximation,” Nucl. Phys. B 778 (2007) 192
  J. H. Kühn, M. Steinhauser and C. Sturm
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2007.04.036)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2006.11.027)
• “Algorithm FIRE – Feynman Integral REduction,” JHEP 0810 (2008) 107
  A. V. Smirnov
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1126-6708/2008/10/107)
• “Dynamical Twisted Mass Fermions with Light Quarks: Simulation and Analysis Details,” Comput. Phys. Commun. 179 (2008) 695
  P. Boucaud et al. [ETM Collaboration]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cpc.2008.06.013)
• “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]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.78.054513)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.012002)
• “Theoretical status and prospects for top-quark pair production at hadron colliders,” Phys. Rev. D 78 (2008) 034003
  S. Moch and P. Uwer
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.78.034003)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.80.074010)
• “Measuring the running top-quark mass,” Phys. Rev. D 80 (2009) 054009
  U. Langenfeld, S. Moch and P. Uwer
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.80.054009)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1126-6708/2009/04/094)
• “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]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1126-6708/2009/07/043)
• “Softgluon resummation for squark and gluino hadroproduction,” JHEP 0912 (2009) 041
  W. Beenakker, S. Brensing, M. Krämer, A. Kulesza, E. Laenen and I. Niessen
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1126-6708/2009/12/041)
• “VBFNLO: A Parton level Monte Carlo for processes with electroweak bosons,” Comput. Phys. Commun. 180 (2009) 1661
  K. Arnold et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cpc.2009.03.006)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2010.05.001)
• “Finite top quark mass effects in NNLO Higgs boson production at LHC,” JHEP 1002 (2010) 025
  A. Pak, M. Rogal and M. Steinhauser
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP02(2010)025)
• “Light hadrons from lattice QCD with light (u,d), strange and charm dynamical quarks,” JHEP 1006 (2010) 111
  R. Baron et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP06(2010)111)
• “Light Meson Physics from Maximally Twisted Mass Lattice QCD,” JHEP 1008 (2010) 097
  R. Baron et al. [ETM Collaboration]
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP08(2010)097)
• “Light MSSM Higgs boson mass to three-loop accuracy,” JHEP 1008 (2010) 104
  P. Kant, R. V. Harlander, L. Mihaila and M. Steinhauser
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP08(2010)104)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2009.11.004)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP08(2010)098)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.81.014032)
• “The Multithreaded version of FORM,” Comput. Phys. Commun. 181 (2010) 1419
  M. Tentyukov and J. A. M. Vermaseren
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cpc.2010.04.009)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cpc.2010.12.040)
• “First Glimpses at Higgs’ face,” JHEP 1212 (2012) 045
  J. R. Espinosa, C. Grojean, M. Mühlleitner and M. Trott
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/JHEP12(2012)045)
• “NMSSM Higgs Benchmarks Near 125 GeV,” Nucl. Phys. B 860 (2012) 207
  S. F. King, M. Mühlleitner and R. Nevzorov
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2012.02.010)
• “Parton Distribution Functions and Benchmark Cross Sections at NNLO,” Phys. Rev. D 86 (2012) 054009
  S. Alekhin, J. Blümlein and S. Moch
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.86.054009)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2012.07.026)
• “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
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.252004)