Teilprojekt B4: Produktion instabiler Teilchen

Leitung:
Prof. Dr. Martin Beneke, Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie, RWTH Aachen

Die systematische Behandlung der Produktion (schwach wechselwirkender) instabiler Teilchen in der Störungsentwicklung ist ein bis heute nicht vollständig gelöstes Problem in der Quantenfeldtheorie. Die Schwierigkeit des Problems wird dadurch verursacht, dass selbst bei schwacher Kopplung bestimmte Terme der Störungsentwicklung zu allen Ordnungen aufsummiert werden müssen. Die ungelöste Frage ist, wie die relevanten Terme selektiert werden, damit sich eine systematische Approximation des Produktionswirkungsquerschnitts, gefolgt von einem Zerfall in einen bestimmten Endzustand, in Potenzen von g2 und γ/M ergibt, wobei γ die Zerfallsbreite und M die Masse des instabilen Teilchens bezeichnen und grundsätzlich γ/M << 1 vorausgesetzt wird. In Eichtheorien tritt zusätzlich die Frage nach der Eichunabhängigkeit des Resummationsverfahrens auf.

Von phänomenologischem Interessen ist in diesem Zusammenhang die resonante Produktion von massiven Teilchen im s-Kanal (z.B. Higgs-Bosonen, Z-Bosonen, oder neue Teilchen in Erweiterungen des Standardmodells), insbesondere jedoch die Paarproduktion von W-Bosonen, Top-Quarks oder möglicherweise den in der Supersymmetrie auftretenden Partnern der Standardmodell-Fermionen und -Eichbosonen. Aus der Paarproduktion können die Massen und Kopplungen dieser Teilchen präzise bestimmt werden.

In diesem Projekt wird ein neuer Zugang verfolgt, welchem die Formulierung des Problems als ein Zweiskalenproblem, nämlich der Skalen M und γ bzw. g2 M, zugrunde liegt. Dies gestattet die Technik der effektiven Feldtheorie auf die vorliegende Problemstellung anzuwenden. Eine geeignete Entwicklung der Produktions- und Zerfallsamplituden erlaubt dann eine Reorganisation (und partielle Aufsummation) der Störungsentwicklung, formalisiert durch eine effektive Lagrange-Dichte für resonante Teilchen, welche den gesamten Prozess in Potenzen der Kopplungskonstanten und inversen Lebensdauer des zerfallenden Teilchens approximiert. In der ersten Phase des SFB wurde in erster Linie die Methode der effektiven Feldtheorie instabiler Teilchen entwickelt und eine erste Studie zur Paarproduktion durchgeführt. In der laufenden Förderperiode steht die Berechnung der W-Bosonen Paarproduktion, insbesondere der Paarerzeugungsschwelle im Vordergrund. Daneben wird untersucht, wie die Methode auf differenzielle Verteilungen zu verallgemeinern ist.


Letzte Änderung: 16. Juni 2010