Theoretische Teilchenphysik Gruppe

Collider-Physik

collider physics

 

  Am CERN Large Hadron Collider (LHC) werden Teilchenkollisionen bei höchsten Energien vermessen. Neben der Untersuchung schwerer kurzlebiger Teilchen (Top Quarks und elektroschwache Bosonen) ermöglicht der LHC auch die Produktion bislang unbeobachter Teilchen, die in Erweiterungen des Standardmodells postuliert werden. In unserer Forschung untersuchen wir die Signaturen neuer Physik an Teilchenbeschleunigern, sowie deren Implikationen für Astrophysik und Kosmologie.

Physik des Higgs Bosons

Das Higgs-Boson wurde im Juli 2012 am CERN LHC entdeckt. Die präzise Bestimmung der Eigenschaften des Higgs-Bosons ist seitdem eine der wichtigsten Prioritäten der Hochenergiephysik. Unsere Gruppe erarbeitet genaue Vorhersagen für die Produktionsrate von Higgs-Bosonen und für zugehörige kinematische Verteilungen.  
Higgs XS

 

 

Physik des Top Quarks

top physics

 

 

Das Top Quark ist das schwerste der sechs Quarks, es wurde 1995 am Fermilab Tevatron entdeckt. Aufgrund seiner grossen Masse ist es eng mit dem Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung verbunden. Am CERN LHC werden Top-Quarks mit sehr grosser Rate produziert, so dass Präzisionsstudien in der Top-Quark Physik möglich werden. Unsere Forschung zielt auf verbesserte Vorhersagen für Observablen in der Top-Quark Physik, welche die Interpretation dieser Präzisionsdaten ermöglichen.

Präzisionsrechnungen im Standardmodell

Um die hohe Qualität der LHC Daten auszunutzen, und um eventuelle Signaturen neuer Physik zu identifizieren, sind theoretische Vorhersagen von hoher Genauigkeit erforderlich. Diese wird durch Quantenkorrekturen erreicht, welche im Rahmen der Störungstheorie berechnet werden, zumindest in nächstführender Ordnung (NLO), und eventuell auch darüber hinaus. Die Komplexität traditioneller NLO-Berechnungen steigt rapide mit der Anzahl der Teilchen im Endzustand. Unsere Gruppe entwickelt neue NLO-Algorithmen, welche die automatische Berechnung von Korrekturen zu Vielteilchen-Endzuständen erlauben. Desweiteren entwickeln wir Techniken zur Berechnung weiterer Terme in der Störungsreihe, und wenden diese auf Präzisionsobservablen in der Produktion von Jets, elektroschwachen Bosonen und Top Quarks an.  
ttbb

 

 

Resummation

hqt

 

  In harten Streuprozessen kann die QCD Störungsreihe in der Kopplungskonstanten entwickelt werden. Berechnungen in NLO und NNLO erlauben präzise Vorhersagen und Vergleiche mit experimentellen Daten. In einigen Regionen des Phasenraums ergeben diese Berechnungen jedoch grosse logarithmische Korrekturen, welche die Konvergenz der Störungsreihe beeinträchtigen. Wir entwickeln Techniken zur Resummation dieser Korrekturen und wenden diese zur Vorherage von Streuprozessen an.

 

Monte Carlo Simulationen

Simulationprogramme für Streuprozesse in der Teilchenphysik basieren auf Monte-Carlo Algorithmen. Diese Programme sind essentielle Werkzeuge für die Analyse und Interpretation experimenteller Daten. Durch eine vollständige Simulation aller Aspekte der Teilchenkollision erlauben diese Programme eine realistische Beschreibung der beobachteten Endzustände. Wir sind an der Entwicklung von Monte Carlo Simulationprogrammen beteiligt, insbesondere an deren Verknüpfung mit störungstheoretischen Berechnungen.  
event

 

 

Computer Algebra

Computer Algebra

 

  Die analytische Berechnung von Korrekturen in der perturbativen Quantenfeldtheorie basiert auf Anwendungen von Computer-Algebra. Die Rechnungen werden in Computer-Algebra Programmen wie zum Beispiel FORM, Mathematica und Maple implementiert. Wir entwickeln desweiteren eigene Programmpakete für spezifische Problemstellungen in der theoretischen Teilchenphysik. Diese Computer-Algebra Werkzeuge werden in der analytischen Bestimmung von Loop-Korrekturen zu Feynman-Amplituden angewendet, welche für Präzisionsvorhersagen in der Teilchenphysik erforderlich sind.