TY  - THES
A1  - Liebler, Stefan
T1  - LHC phenomenology and higher order electroweak corrections in supersymmetric models with and without R-parity
T1  - LHC Phänomenologie und elektroschwache Korrekturen in SUSY Modellen mit und ohne R-Parität
N2  - During the last decades the standard model of particle physics has evolved to one of the most precise theories in physics, describing the properties and interactions of fundamental particles in various experiments with a high accuracy. However it lacks on some shortcomings from experimental as well as from theoretical point of view: There is no approved mechanism for the generation of masses of the fundamental particles, in particular also not for the light, but massive neutrinos. In addition the standard model does not provide an explanation for the observance of dark matter in the universe. Moreover the gauge couplings of the three forces in the standard model do not unify, implying that a fundamental theory combining all forces can not be formulated. Within this thesis we address supersymmetric models as answers to these various questions, but instead of focusing on the most simple supersymmetrization of the standard model, we consider basic extensions, namely the next-to-minimal supersymmetric standard model (NMSSM), which contains an additional singlet field, and R-parity violating models. R-parity is a discrete symmetry introduced to guarantee the stability of the proton. Using lepton number violating terms in the context of bilinear R-parity violation and the munuSSM we are able to explain neutrino physics intrinsically supersymmetric, since those terms induce a mixing between the neutralinos and the neutrinos. Since 2009 the Large Hadron Collider (LHC) at CERN explores the new energy regime of Tera-electronvolt, allowing the production of potentially existing heavy particles by the collision of protons. Thus the near future might provide answers to the open questions of mass generation in the standard model and show hints towards physics beyond the standard model. Therefore this thesis works out the phenomenology of the supersymmetric models under consideration and tries to point out differences to the well-known features of the simplest supersymmetric realization of the standard model. In case of the R-parity violating models the decays of the light neutralinos can result in displaced vertices. In combination with a light singlet state these displaced vertices might offer a rich phenomenology like non-standard Higgs decays into a pair of singlinos decaying with displaced vertices. Within this thesis we present some calculations at next order of perturbation theory, since one-loop corrections provide possibly large contributions to the tree-level masses and decay widths. We are using an on-shell renormalization scheme to calculate the masses of neutralinos and charginos including the neutrinos and leptons in case of the R-parity violating models at one-loop level. The discussion shows the similarities and differences to existing calculations in another renormalization scheme, namely the DRbar scheme. Moreover we consider two-body decays of the form chi_j^0 -> chi_l^\pm W^\mp involving a heavy gauge boson in the final state at one-loop level. Corrections are found to be large in case of small or vanishing tree-level decay widths and also for the R-parity violating decay of the lightest neutralino chi_1^0 -> l^\pm W^\mp. An interesting feature of the models based on bilinear R-parity violation is the correlation between the branching ratios of the lightest neutralino decays and the neutrino mixing angles. We discuss these relations at tree-level and for two-body decays chi_1^0 -> l^\pm W^\mp also at one-loop level, since only the full one-loop corrections result in the tree-level expected behavior. The appendix describes the two programs MaCoR and CNNDecays being developed for the analysis carried out in this thesis. MaCoR allows for the calculation of mass matrices and couplings in the models under consideration and CNNDecays is used for the one-loop calculations of neutralino and chargino mass matrices and the two-body decay widths.
N2  - Das heutige Standardmodell der Teilchenphysik ist eine der präzisesten Theorien der Physik, welche die Eigenschaften der bekannten Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen in zahlreichen Experimenten mit hoher Genauigkeit beschreibt. Gleichwohl zeigt es Schwachpunkte auf experimenteller wie theoretischer Seite: Zwar gibt es mit dem Higgs-Mechanismus einen theoretischen Ansatz für die Erzeugung von Massen der Elementarteilchen im Standardmodell, jedoch ist dieser experimentell (noch) nicht nachgewiesen. Insbesondere benötigt das Standardmodell für die Erklärung der leichten Massen der Neutrinos noch eine Erweiterung. Darüber hinaus liefert das Standardmodell keinen Kandidaten für dunkle Materie, welche den dominanten Anteil der Materie im Universum ausmacht. Antworten auf viele dieser Fragestellungen liefern supersymmetrische Modelle, auf denen auch diese Arbeit fußt. Statt der einfachsten supersymmetrischen Realisierung des Standardmodells beschäftigen wir uns mit Erweiterungen, darunter das nächstminimale supersymmetrischen Standardmodell (NMSSM), welches ein zusätzliches Singletfeld enthält, sowie R-Paritätsverletzende Modelle. R-Parität ist eine diskrete Symmetrie, die die Stabilität des Protons in supersymmetrischen Erweiterungen garantiert. Die Nutzung von leptonzahlverletzenden Termen im Kontext von bilinearer R-Paritätsverletzung und dem munuSSM erlaubt die Erklärung von Neutrinodaten, da besagte Terme eine Mischung der Neutralinos mit den Neutrinos bewirken. Seit 2009 stößt der Large Hadron Collider'' (Großer Hardonenbeschleuniger, LHC) am CERN in Genf in den Energiebereich von Teraelektronenvolt vor und erlaubt so die Produktion von schweren, noch unbekannten Teilchen. Somit könnte die nahe Zukunft die Frage nach der Massenerzeugung im Standardmodell beantworten und Hinweise auf neue Physik liefern. Daher arbeiten wir die Phänomenologie der oben erwähnten supersymmetrischen Modelle an Beschleunigerexperimenten heraus und diskutieren die Unterschiede zur einfachsten supersymmetrischen Realisierung des Standardmodells. Im Falle von R-Paritätsverletzung können die Zerfälle des leichtesten Neutralinos Vertices mit Abstand zum Wechselwirkungspunkt erzeugen. In Kombination mit leichten singletartigen Teilchen können diese Zerfälle eine reiche Phänomenologie bereithalten wie beispielsweise Higgszerfälle in leichte singletartige Neutralinos, welche vor ihrem Zerfall eine messbare Strecke im Detektor zurücklegen. In dieser Arbeit präsentieren wir auch Rechnungen in der nächsthöheren Ordnung Störungs-theorie, da Einschleifenbeiträge große Korrekturen zu den Massen und Zerfallsbreiten auf Baumgraphenniveau liefern können. Wir berechnen die Massen von Neutralinos und Charginos, welche im Falle der R-Paritätsverletzung Neutrinos und Leptonen beinhalten, in nächsthöherer Ordnung und heben die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu exisitierenden Rechnungen in anderen Renormierungsschemata hervor. Darüberhinaus betrachten wir Zweikörperzerfälle der Form chi_j^0 -> chi_l^\pm W^\mp auf Einschleifenniveau. Im Falle von verschwindenden Zerfallsbreiten auf Baumgraphenniveau können die Korrekturen groß werden, genauso auch für die $R$-Paritäts-verletzenden Zerfälle des leichtesten Neutralinos chi_1^0 -> l^\pm W^\mp. Ein Charakteristikum von Modellen basierend auf bilinearer R-Paritätsverletzung ist die Korrelation zwischen den Verzweigungsverhältnissen der leichtesten Neutralinozerfälle und den Neutrinomischungswinkeln. Wir zeigen diese Beziehungen auf Baumgraphenniveau und für die Zweikörperzerfälle chi_1^0 -> l^\pm W^\mp auch in nächsthöherer Ordnung, da nur die volle Einschleifenkorrektur das erwartete Ergebnis liefert. Im Anhang werden die zwei für diese Arbeit erzeugten Programme MaCoR und CNNDecays vorgestellt. Während MaCoR die Berechnung von Massenmatrizen und Kopplungen in den besagten Modellen erlaubt, wurde mit CNNDecays die numerische Auswertung der Einschleifenrechnungen vorgenommen.
KW  - Supersymmetrie
KW  - LHC
KW  - Neutrino
KW  - Elementarteilchenphysik
KW  - R-Paritaet
KW  - Schleifendiagramm
KW  - Renormierung
KW  - supersymmetry
KW  - LHC phenomenology
KW  - R-parity
KW  - electroweak corrections
KW  - on-shell renormalization
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69367
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bach, Fabian
T1  - Charged Current Top Quark Couplings at the LHC
T1  - Geladene Stromkopplungen des Top-Quarks am LHC
N2  - The top quark plays an important role in current particle physics, from a theoretical point of view because of its uniquely large mass, but also experimentally because of the large number of top events recorded by the LHC experiments ATLAS and CMS, which makes it possible to directly measure the properties of this particle, for example its couplings to the other particles of the standard model (SM), with previously unknown precision. In this thesis, an effective field theory approach is employed to introduce a minimal and consistent parametrization of all anomalous top couplings to the SM gauge bosons and fermions which are compatible with the SM symmetries. In addition, several aspects and consequences of the underlying effective operator relations for these couplings are discussed. The resulting set of couplings has been implemented in the parton level Monte Carlo event generator WHIZARD in order to provide a tool for the quantitative assessment of the phenomenological implications at present and future colliders such as the LHC or a planned international linear collider. The phenomenological part of this thesis is focused on the charged current couplings of the top quark, namely anomalous contributions to the trilinear tbW coupling as well as quartic four-fermion contact interactions of the form tbff, both affecting single top production as well as top decays at the LHC. The study includes various aspects of inclusive cross section measurements as well as differential distributions of single tops produced in the t channel, bq → tq', and in the s channel, ud → tb. We discuss the parton level modelling of these processes as well as detector effects, and finally present the prospected LHC reach for setting limits on these couplings with 10 resp. 100 fb−1 of data recorded at √s = 14 TeV.
N2  - Das Top-Quark spielt eine wichtige Rolle in der aktuellen Teilchenphysik, sowohl aus theoretischer Sicht aufgrund seiner einzigartig großen Masse, aber auch aus experimenteller Sicht wegen der großen Anzahl an Top-Ereignissen, die von den LHC-Experimenten ATLAS und CMS bereits aufgezeichnet wurden. Diese ermöglichen direkte Messungen der Eigenschaften dieses Teilchens, zum Beispiel seine Kopplungen an die anderen Teilchen des Standardmodells (SM), mit einer bis dato unerreichten Genauigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Zugang mittels effektiver Feldtheorie verwendet, um eine minimale und konsistente Parametrisierung aller anomalen Top-Kopplungen an die Eichbosonen und Fermionen des SM zu finden, die mit allen SM-Symmetrien kompatibel ist. Zudem werden verschiedene Aspekte und Konsequenzen der zugrundeliegenden Operatorrelationen für diese Kopplungen diskutiert. Der resultierende Satz von Kopplungen wurde in den Monte Carlo-Ereignisgenerator WHIZARD implementiert, um einen quantitativen Zugang zu den phänomenologischen Implikationen an aktuellen und zukünftigen Teilchenbeschleunigern wie dem LHC oder einem geplanten internationalen Linearbeschleuniger zu ermöglichen. Der phänomenologische Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die geladenen Stromkopplungen des Top-Quarks, beziehungsweise anomale Beiträge zur trilinearen tbW-Kopplung wie zur quartischen Kontaktwechselwirkung der Form tbff, die Einfluss auf die Produktion einzelner Top-Quarks sowie auf deren Zerfall am LHC haben. Die Studie umfasst verschiedene Aspekte der Messung inklusiver Wirkungsquerschnitte, aber auch differentieller Verteilungen einzelner Top-Quarks, die entweder im t-Kanal, bq → tq', oder im s-Kanal, ud → tb, produziert wurden. Diskutiert werden sowohl die Modellierung dieser Prozesse auf Parton-Ebene als auch Detektoreffekte, um schließlich zu einer Abschätzung der voraussichtlichen Ausschlussgrenzen des LHC an solche Kopplungen mit 10 bzw. 100 fb−1 an aufgezeichneten Daten bei √s = 14 TeV zu kommen.
KW  - LHC
KW  - t-Quark
KW  - particle physics
KW  - high energy physics
KW  - top quark
KW  - effective field theory
KW  - single top production
KW  - Physik
KW  - Elementarteilchenphysik
KW  - Hochenergiephysik
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-82358
ER  - 
TY  - THES
A1  - Alboteanu, Ana Maria
T1  - The Noncommutative Standard Model : Construction Beyond Leading Order in Theta and Collider Phenomenology
T1  - Das Nichtkommutative StandardmodellKonstruktion jenseits der führenden Ordnung in Theta und Phänomenologie an Teilchenbeschleunigern
N2  - Trotz seiner präzisen Übereinstimmung mit dem Experiment ist die Gültigkeit des Standardmodells (SM) der Elementarteilchenphysik bislang nur bis zu einer Energieskala von einigen hundert GeV gesichert. Abgesehen davon erweist sich schon das Einbinden der Gravitation in einer einheitlichen Beschreibung aller fundamentalen Wechselwirkungen als ein durch gewöhnliche Quantenfeldtheorie nicht zu lösendes Problem. Das Interesse an Quantenfeldtheorien auf einer nichtkommutativen Raumzeit wurde durch deren Vorhersage als niederenergetischer Limes von Stringtheorien erweckt. Unabhängig davon, kann die Nichtlokalität einer solchen Theorie den Rahmen zur Einbeziehung der Gravitation in eine vereinheitlichende Theorie liefern. Die Hoffnung besteht, dass die Energieskala Lambda_NC, ab der solche Effekte sichtbar werden können und für die es einerlei theoretischen Vorhersagen gibt, schon bei der nächsten Generation von Beschleunigern erreicht wird. Auf dieser Annahme beruht auch die vorliegende Arbeit, im Rahmen deren eine mögliche Realisierung von Quantenfeldtheorien auf nichtkommutativer Raumzeit auf ihre phänomenologischen Konsequenzen hin untersucht wurde. Diese Arbeit ist durch fehlende LHC (Large Hadron Collider) Studien für nichkommutative Quantenfeldtheorien motiviert. Im ersten Teil des Vorhabens wurde der hadronische Prozess pp-> Z gamma -> l+l- gamma am LHC sowie die Elektron-Positron Paarvernichtung in ein Z-Boson und ein Photon am ILC (International Linear Collider) auf nichtkommutative Signale hin untersucht. Die phänomenlogischen Untersuchungen wurden im Rahmen dieses Modells in erster Ordnung des nichtkommutativen Parameters Theta durchgeführt. Eine nichtkommutative Raumzeit führt zur Brechung der Rotationsinvarianz bezüglich der Strahlrichtung der einlaufenden Teilchen. Im differentiellen Wirkungsquerschnitt für Streuprozesse äussert sich dieses als eine azimuthale Abhängigkeit, die weder im SM noch in anderen Modellen jenseits des SM auftritt. Diese klare, f\"ur nichtkommutative Theorien typische Signatur kann benutzt werden, um nichtkommutative Modelle von anderen Modellen, die neue Physik beschreiben, zu unterscheiden. Auch hat es sich erwiesen, dass die azimuthale Abhängigkeit des Wirkungsquerschnittes am besten daf\"ur geeignet ist, um die Sensitivität des LHC und des ILC auf der nichtkommutativen Skala $\Lnc$ zu bestimmen. Im phänomenologischen Teil der Arbeit wurde herausgefunden, dass Messungen am LHC für den Prozess pp-> Z gamma-> l+l- gamma nur in bestimmten Fällen auf nichtkommutative Effekte sensitiv sind. Für diese Fälle wurde für die nichtkommutative Energieskala Lambda_NC eine Grenze von Lambda_NC > 1.2 TeV bestimmt. Diese ist um eine Größenordnung höher als die Grenzen, die von bisherigen Beschleunigerexperimenten hergeleitet wurden. Bei einem zukünftigen Linearbeschleuniger, dem ILC, wird die Grenze auf Lambda_NC im Prozess e^+e^- -> Z gamma -> l^+ l^- gamma wesentlich erhöht (bis zu 6 TeV). Abgesehen davon ist dem ILC gerade der für den LHC kaum zugängliche Parameterbereich der nichtkommutativen Theorie erschlossen, was die Komplementarität der beiden Beschleunigerexperimente hinsichtlich der nichtkommutativen Parameter zeigt. Der zweite Teil der Arbeit entwickelte sich aus der Notwendigkeit heraus, den Gültigkeitsbereich der Theorie zu höheren Energien hin zu erweitern. Dafür haben wir den neutralen Sektor des nichtkommutativen SM um die nächste Ordnung in Theta ergänzt. Es stellte sich wider Erwarten heraus, dass die Theorie dabei um einige freie Parameter erweitert werden muss. Die zusätzlichen Parameter sind durch die homogenen Lösungen der Eichäquivalenzbedingungen gegeben, welche Ambiguit\"aten der Seiberg-Witten Abbildungen darstellen. Die allgemeine Erwartung war, dass die Ambiguitäten Feldredefinitionen entsprechen und daher in den Streumatrixelementen verschwinden m\"ussen. In dieser Arbeit wurde jedoch gezeigt, dass dies ab der zweiten Ordnung in Theta nicht der Fall ist und dass die Nichteindeutigkeit der Seiberg-Witten Abbildungen sich durchaus in Observablen niederschlägt. Die Vermutung besteht, dass jede neue Ordnung in Theta neue Parameter in die Theorie einführt. Wie weit und in welche Richtung die Theorie auf nichtkommutativer Raumzeit entwickelt werden muss, kann jedoch nur das Experiment entscheiden.
N2  - Despite its precise agreement with the experiment, the validity of the standard model (SM) of elementary particle physics is ensured only up to a scale of several hundred GeV so far. Even more, the inclusion of gravity into an unifying theory poses a problem which cannot be solved by ordinary quantum field theory (QFT). String theory, which is the most popular ansatz for a unified theory, predicts QFT on noncommutative space-time as a low energy limit. Nevertheless, independently of the motivation given by string theory, the nonlocality inherent to noncommutative QFT opens up the possibility for the inclusion of gravity. There are no theoretical predictions for the energy scale Lambda_NC at which noncommutative effects arise and it can be assumed to lie in the TeV range, which is the energy range probed by the next generation of colliders. Within this work we study the phenomenological consequences of a possible realization of QFT on noncommutative space-time relying on this assumption. The motivation for this thesis was given by the gap in the range of phenomenological studies of noncommutative effects in collider experiments, due to the absence in the literature of Large Hadron Collider (LHC) studies regarding noncommutative QFTs. In the first part we thus performed a phenomenological analysis of the hadronic process pp -> Z gamma -> l^+l^- gamma at the LHC and of electron-positron pair annihilation into a Z boson and a photon at the International Linear Collider (ILC). The noncommutative extension of the SM considered within this work relies on two building blocks: the Moyal-Weyl star-product of functions on ordinary space-time and the Seiberg-Witten maps. The latter relate the ordinary fields and parameters to their noncommutative counterparts such that ordinary gauge transformations induce noncommutative gauge transformations. This requirement is expressed by a set of inhomogeneous differential equations (the gauge equivalence equations) which are solved by the Seiberg-Witten maps order by order in the noncommutative parameter Theta. Thus, by means of the Moyal-Weyl star-product and the Seiberg-Witten maps a noncommutative extension of the SM as an effective theory as expansion in powers of Theta can be achieved, providing the framework of our phenomenological studies. A consequence of the noncommutativity of space-time is the violation of rotational invariance with respect to the beam axis. This effect shows up in the azimuthal dependence of cross sections, which is absent in the SM as well as in other models beyond the SM. Thus, the azimuthal dependence of the cross section is a typical signature of noncommutativity and can be used in order to discriminate it against other new physics effects. We have found this dependence to be best suited for deriving the sensitivity bounds on the noncommutative scale Lambda_NC. By studying pp -> Z gamma -> l^+l^- gamma to first order in the noncommutative parameter Theta, we show in the first part of this work that measurements at the LHC are sensitive to noncommutative effects only in certain cases, giving bounds on the noncommutative scale of Lambda_NC > 1.2 TeV. Our result improved the bounds present in the literature coming from past and present collider experiments by one order of magnitude. In order to explore the whole parameter range of the noncommutativity, ILC studies are required. By means of e^+e^- -> Z gamma -> l^+l^- gamma to first order in Theta we have shown that ILC measurements are complementary to LHC measurements of the noncommutative parameters. In addition, the bounds on Lambda_NC derived from the ILC are significantly higher and reach Lambda_NC > 6 TeV. The second part of this work arose from the necessity to enlarge the range of validity of our model towards higher energies. Thus, we expand the neutral current sector of the noncommutative SM to second order in $\theta$. We found that, against the general expectation, the theory must be enlarged by additional parameters. The new parameters enter the theory as ambiguities of the Seiberg-Witten maps. The latter are not uniquely determined and differ by homogeneous solutions of the gauge equivalence equations. The expectation was that the ambiguities correspond to field redefinitions and therefore should vanish in scattering matrix elements. However, we proved that this is not the case, and the ambiguities do affect physical observables. Our conjecture is, that every order in Theta will introduce new parameters to the theory. However, only the experiment can decide to what extent efforts with still higher orders in Theta are reasonable and will also give directions for the development of theoretical models of noncommutative QFTs.
KW  - Feldtheorie
KW  - Proton-Proton-Streuung
KW  - Elektron-Positron-Streuung
KW  - Teilchenbeschleuniger
KW  - Feynman-Graph
KW  - Effektive Theorie
KW  - Monte-Carlo-Simulation
KW  - Seiberg-Witten Abbildung
KW  - nichtkommutative Raumzeit
KW  - Seiberg-Witten map
KW  - noncommutative space-time
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24334
ER  -