Precision calculations for gamma gamma -> 4 fermions and H -> WW/ZZ -> 4 fermions

Abstract

In dieser Arbeit werden Präzisionsrechnungen für die Prozesse gamma gamma -> 4 Fermionen und H -> WW/ZZ -> 4 Fermionen vorgestellt. An einem gamma-gamma-Collider werden wegen des großen Wirkungsquerschnitts genaue theoretische Vorhersagen für die Prozesse gamma gamma -> WW -> 4f benötigt. Mittels dieser Prozesse lassen sich unter anderem die Eichboson-Kopplungen gamma-W-W und gamma-gamma-W-W messen. Außerdem wird über virtuelle geladene, massive Teilchen die Reaktion gamma gamma -> H -> WW/ZZ -> 4f ermöglicht. Auf diese Weise läßt sich die Kopplung gamma-gamma-H messen, und relativ schwere Higgs-Bosonen könnten erzeugt werden. Für Massen MH > 135 GeV zerfällt das Higgs-Boson hauptsächlich über W- und Z-Bosonen in vier Fermionen. Bei der kinematischen Rekonstruktion dieser Zerfälle spielen Quanten-Korrekturen, insbesondere Photon-Bremsstrahlung, eine wichtige Rolle. Die Einbeziehung der Zerfälle der Eichbosonen in Fermionen ist zum einen wichtig, weil unterhalb von MH ≈ 2MW/MZ „off-shell“-Effekte der Eichbosonen berücksichtigt werden müssen. Zum anderen lassen sich mit Hilfe von Winkel- und Energie-Verteilungen der Fermionen der Spin und die CP-Eigenschaften des Higgs-Bosons bestimmen. Besonders geeignet für den Vergleich theoretischer Vorhersagen mit experimentellen Daten sind Monte-Carlo-Generatoren. Für die Prozesse gamma gamma -> 4f und H -> WW/ZZ -> 4f werden solche Programme konstruiert. Sie liefern zum einen die kompletten Vorhersagen in niedrigster Ordnung der Störungstheorie. Zum anderen enthalten sie Quanten-Korrekturen, die sich unterteilen lassen in reelle Korrekturen, welche durch Photon-Bremsstrahlung gegeben sind, und virtuelle Korrekturen. Während die virtuellen Quanten-Korrekturen zu gamma gamma -> WW -> 4f in der Doppel-Pol-Näherung berechnet werden, in der nur die doppelt resonanten Beiträge berücksichtigt werden, werden zu den Prozessen H -> WW/ZZ -> 4f die kompletten Quantenkorrekturen der Ordnung O(alpha) berechnet. Für die Behandlung der in den virtuellen und reellen Korrekturen auftretenden infraroten Divergenzen („soft“ und „collinear“) wird wahlweise die Dipol-Subtraktions-Methode oder die Phase-Space-Slicing-Methode verwendet. Nicht bei allen Observablen müssen sich die bei kollinearer Photon-Abstrahlung auftretenden Massen-Singularitäten gegenseitig aufheben. Um auch solche nicht-kollinear-sichere Observablen untersuchen zu können, wird die Dipol-Subtraktions-Methode diesbezüglich erweitert. Die Diskussion der numerischen Ergebnisse umfasst den Einfluss eines realistischen Photon-Spektrums auf die Wirkungsquerschnitte, das Potential eines gamma-gamma-Colliders, Grenzen an anomale Eichboson-Kopplungen zu setzen, sowie verschiedene Verteilungen in der Invarianten Masse, in der Energie und in Winkeln, die für eine Rekonstruktion der Eichbosonen und die Bestimmung der Eigenschaften des Higgs-Bosons genutzt werden können.

• Item Type: Thesis (Dissertation, LMU Munich)
• Dewey Decimal Classification: 600 Natural sciences and mathematics > 530 Physics; 600 Natural sciences and mathematics
• Faculties: Faculty of Physics
• Language: English
• Date Accepted: 08. May 2006
• 1. Referee: Dittmaier, Stefan
• Persistent Identifier (URN): urn:nbn:de:bvb:19-52794
• Signature of the printed copy: 0001/UMC 15351