Ein weiterer Blick auf die neue Physik
Aufgrund seiner einzigartigen großen Masse ist das Top-Quark eine hervorragende Sonde des Mechanismus der Massenerzeugung und es spielt besondere Rollen in vielen neuen physikalischen Szenarien. Am LHC werden Top-Quarks überwiegend in Paaren von Top-Antitop-Quarks produziert, und zwar mehrere Millionen pro Jahr. Die reichlich vorhandenen Statistiken machen es möglich, sowohl Produktions- als auch Zerfallsraten mit hoher Genauigkeit zu messen. Um mögliche Signale der neuen Physik zu erkennen, müssen diese sehr genauen Messungen mit ähnlich genauen theoretischen Vorhersagen abgeglichen werden. Das EU-finanzierte Projekt TOPPHYSICS (Precision physics and discovery at hadron colliders with heavy quarks) konzentrierte sich auf die Techniken, um die erforderliche theoretische Genauigkeit mit Quantenchromodynamik-Korrekturen bis zu Next-to-Next-to-Leading-Order (NNLO) zu erreichen. In der Störungstheorie werden messbare Observablen in Potenzreihen der Kopplungskonstanten ausgedrückt. Wenn der führende Ausdruck (Leading) dieser Serie beibehalten wird, wird die entsprechende theoretische Vorhersage sehr ungenau und ergibt lediglich eine qualitative Beschreibung des Prozesses. Wenn der nachfolgende (Next-to-Leading) Ausdruck betrachtet wird, können qualitativ verlässliche Prognosen erreicht werden. Da der LHC die Genauigkeit erhöht hat, müssen die Physiker NNLO-Werte berücksichtigen. Berechnungen aus NNLO-Ebene bergen mehrere technische Herausforderungen. Sie beinhalten die Auswertung von komplizierten Schleifen-Integralen. Diese Integrale weisen eine nicht-triviale Analysestruktur auf, die durch TOPPHYSICS in einem neuen mathematischen Rahmen verarbeitet wurde. Ein Teil von TOPPHYSICS widmete sich der NLO-Analyse der Effekte der neuen Physik in Top-Antitop-Quark-Paaren und Single-Top-Quarks am LHC. Ein Monte-Carlo-Ereignisgenerator wurde für den Einsatz bei der Suche nach neuer Physik am LHC entwickelt. Nach 27 Monaten der Abschaltung und Wiederinbetriebnahme begann der LHC seinen mit Spannung erwarteten zweiten Lauf im Jahr 2015. Die Projektarbeit hat dazu beigetragen, den Physikern Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, um nach Hinweisen auf die Physik jenseits des Standardmodells zu suchen.
Schlüsselbegriffe
Physik, Large Hadron Collider, Standardmodell, schwere Quarks, Quantenchromodynamik