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Heavy jet mass with massive quarks
Christopher Lepenik
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
André H. Hoang
DOI
10.25365/thesis.42441
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-25382.71532.730253-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In dieser Arbeit benutzen wir die Event-shape Variable ``Heavy Jet Mass'' (HJM), um die Effekte von massiver primärer Quarkproduktion im Prozess $e^+e^-\to$ Hadronen zu untersuchen. Wir berechnen den Wirkungsquerschnitt bezüglich dieser Observable mit der Genauigkeit $\mathrm{N^2LL}$, wobei wir auch nicht-perturbative Effekte und die Subtraktion des führenden Renormalons miteinbeziehen. Zuerst führen wir die fixed-order QCD Rechnung mit massiven Quarks in erster Ordnung in der starken Kopplungskonstante $\alpha_s$ durch und diskutieren das Problem der großen Logarithmen in der 2-Jet Region. Um diese großen Logarithmen zu resummieren, führen wir die soft-collinear effective theory (SCET) ein, eine effektive Feldtheorie, welche gut geeignet ist um die Phasenraumregion, in der die großen Logarithmen auftreten und in welcher nur Jets von kollinearen Teilchen und niederenergetische Strahlung im Endzustand vorhanden ist, zu beschreiben. Der Teil des Wirkungsquerschnitts welcher von SCET beschrieben wird, auch ``singuläre Beiträge'' genannt, kann in mehrere Funktionen faktorisiert werden. Diese Funktionen beschreiben die Dynamik an den unterschiedlichen charakteristischen Energieskalen, welche in der 2-Jet Region auftreten. Diese Faktorisierungsformel wird verwendet um die großen Logarithmen zu resummieren, indem für jeden Faktor eine Renormierungsgruppen-Evolution angewendet wird. Um exakte Vorhersagen zu erhalten, implementieren wir auch die nicht-singulären Beiträge, welche nicht durch die führende Ordnung in SCET beschrieben werden und besonders wichtig für hohe HJM-Werte sind. Weiters inkludieren wir nicht-perturbative Korrekturen, welche der Hadronisierung Rechnung tragen und besonders für niedrige HJM-Werte von Bedeutung sind, und Renormalon-Subtraktionen, welche die störungstheoretische Konvergenz stark verbessern. Anschließend testen wir die Konvergenz unserer Ergebnisse und untersuchen Bottom Quark Masseneffekte, indem wir unsere Ergebnisse für massive und masselose Bottom Quark Paar Produktion bei unterschiedlichen Energien vergleichen. Wir tun dies für den tagged Bottom Wirkungsquerschnitt, sowie für die Produktion aller Flavor.
Abstract
(Englisch)
In this thesis we investigate the effects of massive primary quark production in the process $e^+e^-\to$ hadrons, using an event-shape variable called ``heavy jet mass'' (HJM). We calculate the cross section with respect to this observable up to $\mathrm{N^2LL}$ accuracy, including non-perturbative effects and renormalon subtractions. First we perform the fixed order QCD calculation with massive quarks at next to leading order in the strong coupling constant $\alpha_s$ and discuss the problem of large logarithms in the dijet region. To resum these logarithms we introduce soft-collinear effective theory (SCET), an effective field theory well suited for the region of interest where just jets of collinear particles and soft radiation are present in the final state. The part of the cross section described by SCET, called the ``singular contribution'', can be factorized into several functions, describing the dynamics at the different characteristic energy scales present in the dijet region. This formula is used to resum the large logarithms by applying a renormalization group evolution for each factor. To obtain accurate predictions we also implement non-singular contributions, which are not described by leading order SCET and become important for large HJM values, and non-perturbative corrections to account for hadronization, which is especially important for small HJM values. Furthermore, we carry out renormalon subtractions to improve perturbative convergence. We then check the convergence of our results and examine bottom mass effects by comparing our results for massive and massless bottom quark pair production at different energies. This is done for the tagged bottom cross section as well as for all-flavor production.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
QCD SCET Jets Heavy Jet Mass
Schlagwörter
(Deutsch)
QCD SCET Jet Physik Heavy Jet Mass
Autor*innen
Christopher Lepenik
Haupttitel (Englisch)
Heavy jet mass with massive quarks
Paralleltitel (Deutsch)
Heavy Jet Mass mit Massiven Quarks
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
84 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
André H. Hoang
Klassifikation
33 Physik > 33.56 Elementarteilchenphysik
AC Nummer
AC13394979
Utheses ID
37559
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |