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QCD Analysis of hadron multiplicities and determination of fragmentation functions in e+e- - annihilation from BELLE and LEP data

Patricia Maria Francisconi

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Betreuer*in

Walter Grimus

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DOI

10.25365/thesis.7962

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29943.00774.617461-3

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Um den Prozess der Hadronproduktion zu erklären sind sowohl theoretische Vorhersagen, also auch experimentelle Ergebnisse nö̈tig. Stö̈rungstheoretisch berechnete Wirkungsquerschnitte, gemeinsam mit zwei nicht rein theoretisch berechenbaren Komponenten, dienen zur Beschreibung von Streuvorgängen, in denen Hadronen beobachtet werden kö̈nnen. Erstere können ohne zus ̈tzliche Information im Rahmen der Quantenchromodynamik, der Eichtheorie der starken Wechselwirkung, berechnet werden, die letzteren zwei Komponenten hingegen, benö̈tigen zur Bestimmung zusä̈tzliche Informationen, die nur aus Experimentellen Daten gewonnen werden können. Diese beiden Teile der Beschreibung von Hadronisationsprozessen sind Parton- Verteilungsfunktionen (PDFs) und Framentationsfunktionen (FFs), wobei PDFs eine Wahschreinlichkeitsverteilung angeben, ein Parton innerhalb eines Hadrons zu finden, mit einem gewissen Impulsanteil des “Mutter”-Hadrons. FFs hingegen, auf deren Berechnung sich diese Arbeit beschränkt, beschreiben eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ein Hadron zu finden mit einem gewissen Impulsanteil des erzeugenden Partons. Fragmentationsfunktionen beschreiben somit einen Einteilchen-Endzustand eines Streuprozesses wohingegen Parton-Verteilungsfunktionen Aussagen uber ein Anfangsteilchen machen.̈ Aufgrund einer, für nicht-abelsche Eichtheorien spezifischen Eigenschaft, der Asymptotischen Freiheit, sind störungstheoretische Berechnungen solcher physikalischer Vorgä̈nge nur für relativ hohe Energien mö̈glich. Der eigentliche Hadronisationsprozess findet allerdings bei niedrigeren Energien statt und seine vollständige Beschreibung benö̈tigt daher die zusä̈tzliche Verwendung von experimentellen Ergebnissen. Die so erhaltenen Funktionen erlauben Aussagen uber Details von Reaktionen, die in dieser Genauikeit von keinem theoretischen Modell allein erreicht werden kö̈nnen und sind daher für die Beschreibung von Nucleon-Strukturen von ä̈ußerst hohem Wert. Ein großer Vorteil der Berechnung von Fragmentationsfunktionen liegt in ihrer Prozessunabhägigkeit. Da die Eigenschaften eines Hadrons die gleichen sind, unabhä̈ngig von der Art seiner Produktion, ist eine solche Funktion nicht nur für gleiche Experimente anderer Energien anwendbar, sondern kann auch Aussagen über völlig andere phyikalische Prozesse treffen, in denen Hadronen erzeugt werden. Diese Tatsache macht Fragmentationsfunktionen fü̈r eine Vielzahl von Anwendungen in der Hochenergiephysik zu einem wertvollen Instrument. In dieser Arbeit wurden FFs berechnet indem zuerst der stö̈rungstheoretisch bestimmbare Teil ermittelt wurde und schließlich der gesamte Wirkungsquerschnitt mit Hilfe einer Chi2 -Minimierung, zu Daten aus Elektron- Positron-Annihilationsexperimenten berechnet. Die vollstä̈ndige Beschreibung des Wirkungsquerschnittes beinhaltet eine Lösung der Renormierungsgruppengleichung, um die quantenchromodynamische Kopplunsstä̈rke αS (Q2 ), in Abhängigkeit der Energie Q2 zu bestimmen, sowie die Evolution mit Q2, die den Vergleich von Ergebnissen bei verschiedenen Energien ermö̈glicht. Dafür ist es notwending eine Anfangsparametisierung Di , der sogenannten DGLAP-Evolution zu unterziehen. Diese von Dokshitzer, Gribov, Lipatov, Altarelli und Parisi entwickelte Evolutionsgleichung enthä̈lt Faltungen der Parametrisierung mit “Splittingfunctions”, welche die Wahrscheinlichkeit angeben, dass ein Parton ein weiteres Parton (beispielsweise ein Quark oder Gluon), mit einem bestimmten Impulsanteil des ursprü̈nglichen ab-strahlt. Um den gesamten Wirkungsquerschnitt 1/σtot dσ/dz bestimmen zu kö̈nnen muss schließlich die Wahschreinlichkeit der eigentlichen Erzeugung der Partonen aus e+ e− und deren Imulsanteil miteinbezogen werden, was durch Faltungen mit “Coefficientfunctions” erreicht wird. Um diese, nur numerisch durchfü̈hrbaren Berechnungen effizient mö̈glich zu machen, ist es notwendig im Mellin-Raum zu arbeiten, in dem sich Faltungen zu Produkten reduzieren lassen. Nun ist es möglich die freien Parameter in Di durch einen Fit an Daten zu bestimmen. In dieser Arbeit wurden oben genannte Berechnungen durchgeführt, Fragmentationsfunktionen in Leading Order bestimmt und mit Daten aus den e+ e− -Annihilationsexperimenten OPAL und BELLE verglichen. Eine Erweiterung um die Berechnung in Next-to-Leading Order gäbe zusätzliche Informationen, sowie besser konvergierende Fits und war aufgrund des angewendeten Fit-Programmes in dieser Analyse nicht möglich.

Autor*innen

Patricia Maria Francisconi

Haupttitel (Englisch)

QCD Analysis of hadron multiplicities and determination of fragmentation functions in e+e- - annihilation from BELLE and LEP data

Paralleltitel (Deutsch)

QCD Analyse von Hadron-Multiplizitäten und Berechnung von Fragmentationsfunktionen in e+e- Annilhilation, aus BELLE und LEP Daten

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

76 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Walter Grimus

Klassifikation

33 Physik > 33.05 Experimentalphysik

AC Nummer

AC08154759

Utheses ID

7171

Studienkennzahl

UA | 411 | | |

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