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Logarithmes de Sudakov dans l'interaction électrofaible

Publication de la thèse

• Bernd Jantzen, Sudakov-Logarithmen in der elektroschwachen Wechselwirkung,
• Logos Verlag Berlin 2005, ISBN 978-3-8325-0988-0 (3-8325-0988-7), 189 pages.

Une préimpression de la thèse est disponible sous forme électronique par arXiv:hep-ph/0612197.
Les corrections par rapport à la version imprimée peuvent être téléchargées ici : Erratum (mis à jour le 07/05/2008).

Résumé de la thèse (en anglais et en allemand)

English abstract:

Experiments at the future colliders LHC and ILC will, for the first time, explore electroweak reactions at energies in the TeV region, i.e. far beyond the masses of the W and Z bosons. In exclusive processes without the emission of massive gauge bosons double-logarithmic contributions, so-called Sudakov logarithms, will then become relevant. Precise theoretical predictions require the knowledge of the complete logarithmic two-loop corrections in the high energy limit, thus exceeding the approximation through the leading powers of logarithms known so far.
This PhD thesis is focussed on the calculation of analytic two-loop corrections to the form factor of an Abelian vector current. It also studies with the help of evolution equations the consequences of these results for electroweak cross sections of four-fermion processes. Contributions from the Higgs boson and the mass difference between the W and the Z boson are considered as well, and the factorization of the singular contributions from the massless photon is demonstrated.
The results represent theoretical two-loop predictions for four-fermion processes in the accuracy needed for the precision experiments at the ILC.

Deutsche Zusammenfassung:

An den zukünftigen Teilchenbeschleunigern LHC und ILC werden erstmals elektroschwache Reaktionen bei Energien im TeV-Bereich, also weit oberhalb der Massen der W- und Z-Bosonen gemessen. In exklusiven Prozessen ohne Abstrahlung massiver Eichbosonen werden dann doppelt-logarithmische Beiträge, sogenannte Sudakov-Logarithmen, relevant. Für präzise theoretische Vorhersagen ist die Kenntnis der vollständigen logarithmischen Zweischleifenkorrekturen im Hochenergielimes notwendig, die über die bisher bekannte Näherung der führenden Logarithmenpotenzen hinausgeht.
In der vorliegenden Dissertation werden analytische Zweischleifenkorrekturen zum Formfaktor eines abelschen Vektorstroms berechnet und mit Hilfe von Evolutionsgleichungen zu elektroschwachen Wirkungsquerschnitten von Vierfermionprozessen kombiniert. Dabei werden auch Beiträge des Higgs-Bosons und die Massendifferenz zwischen W- und Z-Boson näherungsweise berücksichtigt. Ferner wird die Faktorisierung der durch das masselose Photon induzierten singulären Beiträge bewiesen.
Die Ergebnisse liefern theoretische Vorhersagen in Zweischleifennäherung für Vierfermionprozesse in der für die Präzisionsexperimente am ILC benötigten Genauigkeit.

Mes publications en rapport avec la thèse

• B. Feucht, J.H. Kühn et S. Moch, Fermionic and scalar corrections for the Abelian form factor at two loops, Phys. Lett. B 561 (2003) 111–118 [arXiv:hep-ph/0303016].
• B. Feucht, J.H. Kühn, A.A. Penin et V.A. Smirnov, Two-Loop Sudakov Form Factor in a Theory with a Mass Gap, Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 101802 [arXiv:hep-ph/0404082].
• B. Jantzen, J.H. Kühn, A.A. Penin et V.A. Smirnov, Two-loop high-energy electroweak logarithmic corrections in a spontaneously broken SU(2) gauge model, Phys. Rev. D 72 (2005) 051301 [Erratum-ibid. D 74 (2006) 019901] [arXiv:hep-ph/0504111, Two-loop Electroweak Logarithms].
• B. Jantzen, J.H. Kühn, A.A. Penin et V.A. Smirnov, Two-Loop Electroweak Logarithms in Four-Fermion Processes at High Energy, Nucl. Phys. B 731 (2005) 188–212 [Erratum-ibid. B 752 (2006) 327–328] [arXiv:hep-ph/0509157].
• B. Jantzen et V.A. Smirnov, The two-loop vector form factor in the Sudakov limit, Eur. Phys. J. C 47 (2006) 671–695 [arXiv:hep-ph/0603133].