Paarproduktion schwerer Quarks in e+ e- -Kollisionen: QCD-Strahlungskorrekturen für die Quark-Antiquark-Beiträge zur Ordnung alpha s 2

Leineweber, Thilo; Bernreuther, Werner

doi:1130

Paarproduktion schwerer Quarks in e+ e- -Kollisionen: QCD-Strahlungskorrekturen für die Quark-Antiquark-Beiträge zur Ordnung alpha s 2

Leineweber, Thilo (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Thilo Leineweber

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangII, 150 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bernreuther, Werner (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-06-20

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-11305
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62113/files/Leineweber_Thilo.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektron-Positron-Vernichtung (Genormte SW) ; t-Quark (Genormte SW) ; Paarerzeugung (Genormte SW) ; Quantenchromodynamik (Genormte SW) ; Strahlungskorrektur (Genormte SW) ; Physik (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In dieser Dissertation werden die QCD-Korrekturen bis zur zweiten Ordnung in der starken Kopplungskonstanten, d. h. bis zur Ordnung alpha_s^2, für den Prozess e^+ e^- -> Q Qbar berechnet. Diese sind ein wichtiger Beitrag zum differentiellen Wirkungsquerschnitt der Reaktion e^+ e^- -> Q Qbar + X. Dazu wird die Zerfallsamplitude eines virtuellen Z-Bosons in ein schweres Quark-Antiquark-Paar in vier dimensionslose Formfaktoren zerlegt, die mit Hilfe von geeigneten Projektoren aus der Zerfallsamplitude extrahiert werden. Die auftretenden 1- und 2-Schleifen-Integrale werden unter Verwendung von Integration-by-parts- und Lorentzinvarianz-Identitäten auf Linearkombinationen bekannter Masterintegrale reduziert. Die Renormierung der Ultaviolettdivergenzen geschieht in einem Hybridschema, wobei die Gluonwellenfunktion und die starke Kopplungskonstante im modifizierten Minimalen Subtraktionsschema (MSbar) renormiert werden, während für die Quarkwellenfunktion und die Quarkmasse das Onshell-Schema (OS) verwendet wird. Die renormierten Formfaktoren werden anschliessend oberhalb der Produktionschwelle des schweren Quark-Antiquark-Paares analytisch fortgesetzt und in Real- und Imaginärteile aufgeteilt. Diese Resultate werden sowohl nahe der Produktionsschwelle als auch für asymptotisch hohe Schwerpunktsenergien entwickelt. Anschließend werden diejenigen Formfaktorbeiträge behandelt, in denen die sogenannte Adler-Bell-Jackiw-Dreiecksanomalie autritt. Diese Beiträge werden für vier Kombinationen von internen und externen Massen mit den oben geschilderten Methoden und unter Verwendung einer geeigneten endlichen Renormierung berechnet. Die Konsistenz der Ergebnisse untereinander wird durch den Grenzübergang verschwindender Quarkmasse gezeigt. Die Ergebnisse werden unter Beachtung der unterschiedlichen Produktionsschwellen und des Landau-Yang-Theorems analytisch fortgesetzt und die Real- und Imaginärteile nahe der Produktionsschwelle sowie für asymptotisch hohe Energien entwickelt. Die Gültigkeit des verwendeten Schemas für die Behandlung der paritätsverletzenden neutralen Stromkopplungen innerhalb der dimensionellen Regularisierung wird mit Hilfe der relevanten Wardidentitäten nachgewiesen. Mit Hilfe der berechneten 1- und 2-Schleifen-Beiträge zu den Formfaktoren werden Vorhersagen fÜr das statische anomale magnetische Moment und die schwache Axialvektorladung eines schweren Quarks getroffen, die an einem hochenergetischen e^+ e^- - Beschleuniger überprüft werden können.

In this thesis the QCD corrections to second order in the strong coupling constant, i.e. to order alpha_s^2, for the process e^+ e^- -> Q Qbar are calculated. These are important contributions to the differential cross section of the reaction e^+ e- -> Q Qbar + X. The decay amplitude of a virtual Z-boson into a heavy quark anti-quark pair is decomposed into four dimensionless form factors which are extracted from the decay amplitude with appropriate projectors. The resulting 1- and 2-loop integrals are reduced to linear combinations of known master integrals with integration-by-parts and Lorentz-invariance identities. The ultraviolett divergences are renormalized using a hybrid scheme in which the gluon wavefunction and the strong coupling constant are renormalized using the modified minimal subtraction scheme (MSbar) while the onshell-scheme (OS) is used for the quark wavefunction and the quark mass. The renormalized form factors are then analytically continued above the production threshold of the heavy quark pair and decomposed into real and imaginary parts. These results are expanded near the production threshold and for asymptotic high center-of-mass energies. Then the contributions to the form factors involving the so-called Adler-Bell-Jackiw triangle anomaly are inspected. These contributions are calculated for four combinations for the internal and external mass using the methods descripted above and an appropriate finite renormalization. The consistancy of these results is checked by calculating the limit of vanishing quark mass. Again the results are analytically continued obeying the different production thresholds and the Landau-Yang theorem. The resulting real and imaginary parts are then expanded near threshold and for asymptotic high energies. The validity of the used scheme for the treatment of the parity violating neutral current couplings in dimensional regularization is proofed by the relevant Ward identities. Using the calculated 1- and 2-loop contributions to the form factors predictions for the static anomalous magnetic moment and the weak axial vector charge of a heavy quark are made, which can be checked at a high energetic e^+ e^- collider.

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