Az erős kölcsönhatás vizsgálata a XXI. század gyorsítóira jellemző energiákon = Study of strong interaction dynamics at energies of colliders in the XXI. century

摘要

Az erős kölcsönhatásnak az LHC gyorsítón történő vizsgálata céljából továbbfejlesztettük a kísérletek megtervezéséhez és az adatok kiértékeléséhez szükséges elméleti eszköztárat. Olyan általános módszert fejlesztettünk ki dzset hatáskeresztmetszetek első sugárzási korrekcióinak (NLO pontosság) kiszámítására, amelyben a parton tömegek tetszőlegesen választhatók feltéve, ha a kiszámítandó fizikai mennyiség értelmes a nulla-tömegű határesetben is. Teljesen numerikus eljárást javasoltunk NLO korrekciók számítására, valamint új partonzápor algoritmust dolgoztunk ki, amelynek az erős csatolás szerinti sorfejtése visszaadja az NLO pontosságú számolás eredményét. Felderítettük a faszintű QCD mátrixelemek szingularitásszerkezetét azokban az átfedő tartományokban, amelyekben egy vagy két parton válik feloldhatatlanná. Elsőként véghezvittünk néhány áttörő jellegű sugárzási-korrekció számítást: 1) a foton-foton szórás teljes hatáskeresztmetszetéhez a teljes NLO és az NNLO korrekciók egy mértékinvariáns részét, 2) a mélyen rugalmatlan elektronszórásban való három-dzset keletkezés, valamint 3) a hadronütközésekben való három-dzset keletkezés NLO pontosságú hatáskeresztmetszetét. A LEP OPAL detektorával gyűjtött adatok kiértékelésével megmértük a foton-foton szórás teljes hatáskeresztmetszetét, valamint részt vettünk 16 OPAL cikk közlésre való előkészítésében. | In order to prepare for the investigation of the strong interaction dynamics at the LHC, we have developed theoretical tools needed for devising the experiments and analyzing data. We have developed a general method for computing jet cross sections at the next-to-leading order (NLO) accuracy such that the parton masses can be chosen arbitrarily provided the zero-mass limit of the observable to be computed is well defined. We have suggested a completely numerical method for computing NLO corrections in QCD and a new parton shower algorithm that reproduces the exact fixed-order (LO and NLO) predictions when expanded in the strong coupling. We have disentangled completely the various singularities of the tree-level squared matrix elements of QCD when one or two partons become unresolved. We have also made several breakthrough computations for predicting cross sections of elementary particle interactions: 1) the NLO and a gauge invariant part of the NNLO corrections to the total cross section of virtual photon-photon scattering, 2) the NLO corrections to three-jet production in deeply inelastic scattering and 3) the NLO corrections to three-jet production in hadron-hadron scattering. All these predictions had been unprecedented in the literature. We have also measured the total cross section of virtual photon-photon scattering using the data collected with the OPAL detector at LEP. In addition, we have participated in the preparation of 16 OPAL research papers for publication.