Titelaufnahme

Titel
Precise predictions for neutralino and chargino pair production in supersymmetry / Wilhelm Öller
VerfasserÖller, Wilhelm
Begutachter / BegutachterinBartl, Alfred ; Majerotto, Walter
Erschienen2005
UmfangVIII, 81 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2005
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Supersymmetrie / Neutralino / Chargino / Paarerzeugung
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-21010 Persistent Identifier (URN)
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Zusammenfassung (Deutsch)

Supersymmetrische Theorien wie das Minimale Supersymmetrische Standardmodel (MSSM) sagen die Existenz von Partnerteilchen zu den bereits bekannten Elementarteilchen voraus. Zu diesen zählen unter anderem die sogenannten Neutralinos und Charginos, die Superpartner der Eich- und Higgs-Bosonen.

Sollte nun Supersymmetrie (SUSY) in der Natur realisiert sein, können diese SUSY-Teilchen bei zukünftigen Beschleunigerexperimenten entdeckt und deren Eigenschaften insbesondere an einem Elektron-Positron Linearbeschleuniger mit hoher Präzision bestimmt werden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher in ausführlicher Weise mit der Berechnung von Observablen zur Neutralino- und Chargino-Produktion in Elektron-Positron Annihilationen im Rahmen des MSSM. Der Schwerpunkt wird hierbei auf die Ermittlung der zugehörigen Einschleifen-Strahlungskorrekturen gelegt, deren Berücksichtigung unerlässlich ist, um die geforderte Präzision zu erhalten. Die dafür notwendige Berechnung von hunderten von Feynman-Diagrammen wird unter Anwendung spezieller algebraischer Software durchgeführt.

Dabei stößt man jedoch auf drei Probleme:

Durch Integration der (quadrierten) Feynman-Amplituden über die freien Teilchen-Impulse kommt es zu den sogenannten ultraviolett- (UV), den infrarot- (IR) und den kollinearen Divergenzen. Diese müssen mittels spezieller Verfahren behandelt werden, um physikalisch sinnvolle Ergebnisse zu erhalten.

Die UV-Divergenzen können im Rahmen der Regularisierung und anschließender Renormierung entfernt werden.

Das dafür verwendete on-shell Renormierungsschema wird in konsistenter und detailierter Weise hergeleitet.

Besonderer Wert wird dabei auf eine eindeutige Definition der ``weichen'' SUSY Brechungsparameter gelegt.

IR-Divergenzen entstehen durch Austausch virtueller Photonen. Sinnvolle Observable können daher nur dann erhalten werden wenn zusätzlich zu den Schleifen-Beiträgen auch reelle Photonabstrahlung berücksichtigt wird. Hierbei treten nun die erwähnten kollinearen Divergenzen auf, da Photonen auch kollinear zu den einlaufenden Elektron- und Positron- Strahlen abgestrahlt werden.

Diese werden durch die endliche Elektronmasse regularisiert. Da die Masse aber im Vergleich zur Strahlenergie um Größenordnungen kleiner ist, liefern kollineare Photonen sehr hohe Beiträge zu den Strahlungskorrekturen. Dies führt zu zwei weiteren Schwierigkeiten. Einerseits müssen die numerischen Probleme gelöst werden, indem die Beiträge der kollinearen Photonen von der numerischen Integration über den Phasenraum separiert und analytisch behandelt werden. Andererseits ist es notwendig höhere Ordnungen dieser großen kollinearen Korrekturen mitzuberücksichtigen, um ein hinreichendend genaues Ergebnis zu erzielen.

Auch wenn nur die Summe aller Teilbeiträge vernünftige Observable liefert, hat dennoch eine möglichst physikalisch motivierte Aufspaltung der gesamten berücksichtigten Strahlungskorrekturen Vorteile und wird daher ebenfalls diskutiert.

Zusammenfassung (Englisch)

Supersymmetric theories like the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) predict the existence of partner particles to the well-established elementary particles. Among others are the so-called neutralinos and charginos, the superpartners of the gauge and Higgs bosons.

If Supersymmetry (SUSY) is realized in nature, the SUSY-particles can be discovered at future collider experiments. In particular on a linear collider their properties can be determined at high precision.

Therefore this thesis deals in an extensive way with the calculation of observables in neutralino and chargino production in electron-positron annihilations within the MSSM. Emphasis is put on the determination of the corresponding one-loop radiative corrections, whose consideration is essential to obtain the required precision. The necessary calculation of hundreds of Feynman diagrams is performed by application of special algebraic software.

However, one meets three problems: By integration of the (squared) Feynman-amplitudes over the free particle momenta, the so-called ultraviolet (UV), infrared (IR), and collinear divergences are introduced. These have to be treated by special techniques to obtain physically meaningful results. The UV-divergences can be removed within the scope of regularization and subsequent renormalization.

The applied on-shell renormalization scheme is deduced in a consistent and detailed way. Particular importance is given to a unique definition of the ``soft'' SUSY-breaking parameters.

IR-divergences originate from the exchange of virtual photons.

Meaningful observables are only obtained, if in addition to the loop-contributions also real photon emission is considered. In this connection, the mentioned collinear divergences arise, since photons are also radiated off collinearly to the incoming electron-positron beams. These are regularized by the finite electron mass.

But due to the fact, that the mass is by many orders of magnitude smaller than the beam energy, the collinear photons yield large contributions to the radiative corrections.

This leads to two difficulties: At one hand, the numerical problems need to be solved. Therefore, the contributions of collinear photons are separated from the numerical phase-space integration and further treated in an analytical way. On the other hand, it is necessary to take higher orders of these large collinear corrections into account, in order to obtain a result of adequate accuracy.

Even if only the sum of all these components yields a reasonable observable, a physically motivated separation of the complete considered radiative corrections has its advantages and is therefore also discussed.