Der Einfluss von schweren Quarks auf Heavy Jet Mass
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Der Einfluss von schweren Quarks auf Heavy Jet MassVerteilungen im Prozess e+ e− → Hadronen Christopher Lepenik Fakultät für Physik, Universität Wien Die experimentellen Daten von Beschleuniger-Experimenten werden immer genauer. Um diese angemessen analysieren zu können und potentielle Abweichung vom Standardmodell der Teilchenphysik zu entdecken, werden entsprechend präzise theoretische Vorhersagen benötigt. In diesem Kontext ist die Theorie der starken Wechselwirkung, die Quantenchromodynamik (QCD), besonders interessant. Wenn in Hochenergieprozessen stark wechselwirkende Teilchen erzeugt werden, findet man die Endzustandsteilchen oft in Jets, also Objekten aus stark geboosteten kollinearen Teilchen. Folglich sind sogenannte Event Shapes, welche die geometrischen Eigenschaften des Energie-Impuls-Stromes des Endzustands parametrisieren, oft betrachtete Observablen. Die Untersuchung der Geometrie von Endzuständen mit Jets kann nicht nur wichtige Hinweise auf die grundlegenden Eigenschaften der QCD geben, sondern erlaubt wegen der hohen Sensibilität auf die starke Kopplungskonstante αs auch sehr präzise Bestimmungen dieser fundamentalen Größe. Ein bei der theoretischen Beschreibung vergleichsmäßig einfacher Prozess ist e+ e− → Hadronen, da hier keine stark wechselwirkenden Teilchen im Anfangszustand involviert sind. Ein in diesem Bereich oft untersuchter Event Shape ist die Heavy Jet Mass. In der Störungsreihe, welche die Heavy Jet Mass-Verteilung beschreibt, treten nahe der 2-Jet Region, also bei Endzuständen die aus zwei sehr schmalen Jets bestehen, Logarithmen der Observable auf. Diese sind in dieser Region sehr groß und führen dazu, dass die störungstheoretische Entwicklung in αs keine guten Ergebnisse mehr liefert. Der Ursprung dieses Problems liegt in der ausgeprägten Hierarchie der charakteristischen Energieskalen des Prozesses in der 2-Jet Region. Um dieses Problem zu lösen, müssen die Logarithmen in allen Ordnungen der Störungstheorie resummiert werden. Ein äußerst praktischer Rahmen dies zu erreichen ist die effektive Feldtheorie Soft-Collinear Effective Theory (SCET). Diese ist konstruiert um die 2-Jet Region gut zu beschreiben und macht die Relevanz der verschiedenen auftretenden Energieskalen schon auf Ebene der Lagrangedichte deutlich. Es kann gezeigt werden, dass der von SCET beschriebene Teil des differenziellen Wirkungsquerschnitts faktorisiert werden kann, wobei jeder Faktor die Dynamik an einer der auftretenden Skalen beschreibt. Es ist dann möglich für jede dieser Funktionen eine Renormierungsgruppengleichung abzuleiten, mit deren Hilfe die entsprechenden Logarithmen resummiert werden können. In der Vergangenheit wurden einige präzise αs -Bestimmungen mit Hilfe von Event Shape-Verteilungen bei e+ e− -Kollisionen durchgeführt, wobei die entstehenden Quarks als masselos angenommen wurden. Für Schwerpunktsenergien weit größer als die Masse der produzierten Quarks ist dies eine gute Approximation, dennoch spielt in einigen phänomenologischen Studien die volle Massenabhängigkeit eine wichtige Rolle und sollte auch im Hinblick auf immer genauere Vorhersagen und in Bezug auf Analysen bei niedrigeren Energien ausführlicher betrachtet werden. Aufgrund dieses Sachverhalts wurde in meiner Masterarbeit die Abhängigkeit der Heavy Jet Mass-Verteilung von den Massen der primär erzeugten Quarks im Prozess e+ e− → Hadronen auf 1-Schleifen-Niveau abgeleitet. Es wurden analytische Ausdrücke für die Heavy Jet Mass-Verteilung in QCD als auch für die Bestandteile der faktorisierten Verteilung in SCET erarbeitet. Für die Analyse der Ergebnisse wurden auch nicht-perturbative Effekte berücksichtigt und Renormalon-Subtraktionen durchgeführt. In meinem Vortag werde ich die Ursachen der großen Logarithmen und die verwendeten Methoden zu deren Resummierung beschreiben. Ich werde die Ergebnisse meiner Arbeit vorstellen und interessante Fragestellungen motivieren, welche mit dieser in Zusammenhang stehen.
