"Quanten Korrekturen zur Drell-Yan Produktion von Z-Bosonen"

"Quantum Corrections to Drell-Yan Production of Z Bosons"

Kurzfassung

In dieser Arbeit präsentieren wir die Korrekturen höherer Ordnungen zur inklusiven Hadroproduktion von Z-Bosonen über den Drell-Yan-Mechnismus, h₁ + h₂ → Z + X, bei hohem Transversalimpuls (q_T ). Insbesondere nehmen wir die QED, QCD und elektroschwachen Korrekturen der Ordnungen O(α_Sα, α_S²α, α_Sα²) mit. Wir arbeiten im Rahmen des Standardmodels und verwenden das MS-Schema der Renormierung und Faktorisierung. Der Wirkungsquerschnitt der Z-Bosonerzeugung wurde bereits bei mehreren Hadronen-Speicherringen, einschlieslich dem Tevatron und dem LHC, gemessen. Unsere Rechnungen werden dazu beitragen, die Luminosität zuverlässiger zu eichen und zu überwachen und die Untergründe der Hadron-Hadron-Wechselwirkung zuverlässiger abzuschätzen. Neben dem totalen Wirkungsquerschnitt untersuchen wir auch die Verteilungen im Transversalimpuls und in der Rapidität (y) des Z-Bosons unter den experimentellen Bedingungen des Tevatron und des LHC. Indem wir die relative Größe der verschiedenen Korrekturtypen mit Hilfe des Faktors K = σ_tot/σ_Born untersuchen, finden wir, dass die QCD-Korrekturen der Ordnung α_S²α im allgemeinen am größten sind und dass die elektroschwachen Korrekturen der Ordnung α_Sα² bei großen Werten von q_T eine wichtige Rolle spielen, während die QED-Korrekturen derselben Ordnung α_Sα² klein sind, von der Ordnung 2% und darunter. Wir vergleichen unsere Ergebnisse auch mit der vorhandenen Literatur. Wir korrigieren einige Druckfehler in der Originalrechnung der QCD-Korrekturen und finden, dass die veröffentlichten, elektroschwachen Korrekturen unvollständig sind. Unsere Ergebnisse für die QED-Korrekturen sind neu.

Titel

Kurzfassung

Summary

In this thesis, we present higher-order corrections to inclusive Z-boson hadroproduction via the Drell-Yan mechanism, h₁ + h₂ → Z + X, at large transverse momentum (q_T). Specifically, we include the QED, QCD and electroweak corrections of orders O(α_Sα, α_S²α, α_Sα²). We work in the framework of the Standard Model and adopt the MS scheme of renormalization and factorization. The cross section of Z-boson production has been precisely measured at various hadron-hadron colliders, including the Tevatron and the LHC. Our calculations will help to calibrate and monitor the luminosity and to estimate of backgrounds of the hadron-hadron interactions more reliably. Besides the total cross section, we study the distributions in the transverse momentum and the rapidity (y) of the Z boson, appropriate for Tevatron and LHC experimental conditions. Investigating the relative sizes of the various types of corrections by means of the factor K = σ_tot/σ_Born, we find that the QCD corrections of order α_S²α are largest in general and that the electroweak corrections of order α_Sα² play an important role at large values of q_T, while the QED corrections at the same order α_Sα² are small, of order 2% or below. We also compare our results with the existing literature. We correct a few misprints in the original calculation of the QCD corrections, and find the published electroweak corrections to be incomplete. Our results for the QED corrections are new.