Kurzfassung
Interferenzeffekte zwischen quasi-massenentarteten Teilchen stehen im
Fokus dieser Arbeit, in der wir uns mit Strahlungskorrekturen, einer
modellunabhängigen Methode für die effiziente Berechnung von Interferenztermen und einer phänomenologischen Anwendung auf aktuelle Higgs-Suchen am LHC beschäftigen.
Interferenzterme zwischen nahezu massenentarteten Zuständen,
die häufig in Modellen jenseits des Standardmodells auftreten, können
Vorhersagen von Wirkungsquerschnitten und Zerfallsbreiten maßgeblich
beeinflussen. Wir verallgemeinern die bisherige Näherung schmaler
Breiten (narrow-width approximation, NWA) so, dass Interferenzeffekte
konsistent berücksichtigt werden. Der Interferenzterm wird in
Matrixelemente des Produktions- und des Zerfallsanteils, jeweils ausgewertet auf der Massenschale des zerfallenden Teilchens, faktorisiert
und lässt sich weiter durch Interferenz-Gewichtungsfaktoren nähern. In
beiden Optionen können virtuelle und reelle Strahlungskorrekturen auf
UV- und IR-endliche Weise hinzugefügt werden. Mit der verallgemeinerten NWA berechnen wir den Prozess chi04->chi01 Phi->chi01 tau tau, Phi=h,H, inklusive der Interferenz von h und H. Die genäherte Zerfallsbreite weicht in nächstführender Ordnung um weniger als 1% vom
entsprechenden unfaktorisierten Drei-Körper-Zerfall des Neutralinos
chi04 ab. Außerdem leiten wir her, wie sich die volle Propagatormatrix
der neutralen Higgs-Bosonen durch Breit-Wigner-Propagatoren und
Wellenfunktions-Normierungsfaktoren (Z) nähern lässt. Dadurch werden
die vollen Mischungseigenschaften auch im Fall von komplexen
MSSM -Parametern sehr präzise wiedergegeben. Zusätzlich ermöglicht
diese Formulierung die Berücksichtigung der totalen Breite in der höchstmöglichen Ordnung. Unter Verwendung der Breit-Wigner-Propagatoren und Z-Faktoren berechnen wir die durch die Phase phiAt hervorgerufenen CP-verletzenden Interferenzeffekte neutraler MSSM Higgs-Bosonen
im Prozess bb->h1,h2,h3->tau tau. Dabei stellen wir insbesondere für
große mu eine erhebliche destruktive Interferenz zwischen h2 und h3 fest. Diese führt dazu, dass eine beträchtliche Parameterregion im komplexen Mhmod+-Szenario, die unter Vernachlässigung des Interferenzterms ausgeschlossen schiene, durch aktuelle experimentelle Ergebnisse bisher nicht ausgeschlossen werden kann.
Interference effects between nearly mass-degenerate particles are addressed in this thesis, comprising higher-order calculations, a model independent method to calculate interference terms efficiently and a phenomenological application to current Higgs searches at the LHC. Predictions of cross sections and decay widths can be severely affected by interference terms between quasi-degenerate states arising in models beyond the Standard Model. We formulate a generalisation of the narrow-width approximation (NWA) which allows for a consistent treatment of such effects by factorising the interference term into on-shell matrix elements of the production and decay parts, optionally further approximated as simple interference weight factors, incorporating one-loop and real corrections in a UV- and IR-finite way. We apply the generalised NWA to interfering MSSM Higgs bosons in the process chi04->chi01 Phi->chi01 tau tau, Phi=h,H, and achieve an agreement of better than 1% with the unfactorised three-body decay of the neutralino chi04 at NLO. Further, we derive the approximation of the full propagator matrix of the three neutral MSSM Higgs bosons in terms of Breit-Wigner propagators and on-shell wave-function normalisation factors Z. This is found to accurately reproduce the full mixing properties also in the case of complex MSSM parameters. Moreover, it enables the implementation of the total width at the highest available order. Using the Breit-Wigner and Z-factor formalism, we calculate CP-violating interference effects of the neutral MSSM Higgs bosons in the process bb->h1,h2,h3->tau tau, induced by the phase phiAt. We find a very significant, destructive interference between h2 and h3, particularly for large mu. As a consequence, a considerable parameter region in the complex Mhmod+ scenario, which would appear to be ruled out if this interference were neglected, actually escapes the current exclusion bounds from the LHC.