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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-34734
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3473/


Associated Production of Higgs Bosons and Heavy Quarks in Two Photon Collisions at Next-To-Leading Order

Assoziierte Produktion von Higgs Bosonen und schweren Quarks in Zwei-Photon-Stößen zu nächstführender Ordnung

Fugel, Frank

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SWD-Schlagwörter: Yukawa-Kopplung , Higgs-Teilchen , Photon-Photon-Streuung , Quantenchromodynamik
Freie Schlagwörter (Englisch): Yukawa coupling , Higgs boson , photon collider , QCD , NLO
Basisklassifikation: 33.52
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Kniehl, Bernd Andreas (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.10.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 05.11.2007
Kurzfassung auf Englisch: We consider the process gamma gamma -> t anti-t H which can be studied at a future linear e+e--collider operated in the two-photon mode. We compute the QCD correction in order to increase the accuracy for the prediction of its cross section.

The associated production of Higgs bosons and heavy quarks in two-photon collisions allows for a further and direct measurement of the respective Yukawa coupling. The precise determination of the Higgs properties is necessary in order to establish the Higgs mechanism of electroweak symmetry breaking.

We evaluate the occurring tensor integrals by means of a recently proposed reduction method. In case of exceptional phase space points, alternative recursion relations are used. These involve expansions in those parameters which become small and would spoil the numerical evaluation. In order to arrive at infrared-finite expressions, which can be numerically integrated over the respective phase space in four dimensions, we apply a subtraction method. The results for the subprocess gamma gamma -> t anti-t H are integrated over the spectra of the incoming photons in order to obtain a prediction for the parent process e+ e- -> gamma gamma -> t anti-t H, which can be studied at a linear e+e--collider.

The correction for the subprocess as well as for the parent process amounts to about 10% for high energies of the colliding particles. Near threshold, it can reach several tenths of percent. We assess the scheme and scale dependences to be reduced by one order of magnitude. To this end, we convert the on-shell results to those valid in a mixed scheme.

The calculation of the virtual correction suggests that the recursion relations for exceptional phase space points, in particular when the determinant of the kinematical matrix becomes small, are numerically unstable. In those cases, we may set the integrand equal to zero without affecting the desired numerical precision.

It turns out that our results for the QCD correction deviate from those already given in the literature. A further independent calculation is therefore highly desirable.
Kurzfassung auf Deutsch: Wir betrachten den Prozess gamma gamma -> t anti-t H, der an einem zukünftigen linearen e+e--Beschleuniger im Zwei-Photon-Modus untersucht werden kann. Wir berechnen die QCD-Korrektur, um die Genauigkeit der Vorhersage für seinen Wirkungsquerschnitt zu erhöhen.

Die assoziierte Produktion von Higgs-Bosonen und schweren Quarks in Zwei-Photon-Stößen erlaubt eine weitere und direkte Messung der entsprechenden Yukawa-Kopplung. Die genaue Bestimmung der Higgs-Eigenschaften ist notwendig zur Etablierung des Higgs-Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung.

Zur Auswertung der auftretenden Tensorintegrale verwenden wir eine kürzlich vorgeschlagene Reduktionsmethode. Im Fall von exzeptionellen Impulskonfigurationen werden alternative Rekursionsrelationen benutzt. Hier wird in denjenigen Parametern entwickelt, die klein werden und so die numerische Auswertung instabil machen würden. Um infrarot-endliche Ausdrücke zu erhalten, die numerisch in vier Dimensionen über den jeweiligen Phasenraum integriert werden können, verwenden wir eine Subtraktionsmethode. Die Ergebnisse für den Subprozess gamma gamma -> t anti-t H werden über die Spektren der einlaufenden Photonen integriert, um eine Vorhersage für den Elternprozess e+ e- -> gamma gamma -> t anti-t H zu erhalten, welcher an einem linearen e+e--Beschleuniger untersucht werden kann.

Die Korrektur beträgt sowohl für den Subprozess als auch für den Elternprozess ungefähr 10% bei hohen Energien der kollidierenden Teilchen. Nahe an der Schwelle kann sie mehrere zehn Prozent erreichen. Wir schätzen ab, dass die Schemen- und Skalenabhängigkeiten um eine Größenordnung reduziert werden. Hierzu rechnen wir die On-shell-Ergebnisse in solche um, die in einem Misch-Schema gültig sind.

Die Berechnung der virtuellen Korrektur legt nahe, dass die Rekursionsrelationen für exzeptionelle Phasenraumpunkte, insbesondere wenn die Determinante der kinematischen Matrix klein wird, numerisch instabil sind. In solchen Fällen können wir den Integranden gleich Null setzen, ohne dabei die gewünschte numerische Genauigkeit zu verlieren.

Es zeigt sich, dass unsere Ergebnisse für die QCD-Korrektur von denen abweichen, die bereits in der Literatur angegeben sind. Eine weitere unabhängige Rechnung wäre daher sehr wünschenswert.

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