Kurzfassung
Mit ausbleibenden Entdeckungen von Physik jenseits des Standard Modells am Large Hadron Collider (LHC) wird die Bestimmung von Parametern des Standard Modells mit steigender Präzision immer wichtiger, um Abweichungen von den Vorhersagen – und damit neue Physik – nachzuweisen.
Aus Sicht der Experimentalphysik bieten Leptonenbeschleuniger (z.B. der geplante International Linear Collider (ILC)) ideale Verhältnisse für Hochpräzisionsmessungen aufgrund des geringeren Untergrundes durch Quantenchromodynamik (QCD) und die nicht notwendigen hadronischen Partondichtefunktionen, die nicht störungstheoretisch berechnet werden können.
Höhere theoretische Genauigkeit bietet das Berechnen von Termen in der Störungsreihe jenseits der führenden Ordnung (LO) in den Kopplungskonstanten. Dessen Automatisierung in Monte Carlo (MC) Eventgeneratoren ermöglichen Subtraktionsschemata, die Infrarot-Divergenzen in nächst-höherer Ordnung (NLO) getrennt subtrahieren.
Der Eventgenerator WHIZARD ist etabliert für Studien an Leptonenbeschleunigern, da er hierfür eine breite Palette an spezialisierten Funktionen liefert. Eine erste Implementation des Frixione-Kunszt-Signer (FKS) Subtraktionsschemas in WHIZARD
ermöglichte NLO QCD Berechnungen in fester Ordnung der Störungstheorie für wenige Prozesse, deren Erweiterung für beliebige Prozesse wir in dieser Arbeit präsentieren.
Wir fassen die Theorie zur FKS Subtraktion zusammen und detailieren dessen Implementation in WHIZARD. Diese validieren wir umfangreich, indem wir zunächst eine Reihe von Selbsttests ausführen, um die technische Integrität unserer Implementation in WHIZARD sicherzustellen. Daraufhin führen wir für eine große Auswahl an Prozessen an Leptonen- und Hadronenbeschleunigern auf fester-NLO (fNLO) Genauigkeit in QCD einen ausführlichen und tiefgehenden Vergleich mit zwei weiteren Eventgeneratoren durch. Damit validieren wir die Fähigkeit WHIZARDs, für beliebige Prozesse vollautomatisch fNLO QCD Korrekturen zu totalen Wirkungsquerschnitten sowie differentiellen Verteilungen zu berechnen.
Soweit uns bekannt ist, berechnen wir das erste Resultat für den totalen Wirkungsquerschnitt von 6-Jetproduktion auf fNLO QCD Genauigkeit an einem Leptonenbeschleuniger mit $/sigma_{/text{NLO}}^{e^+e^-/to jjjjjj}=4.46(4)/ /text{fb}$.
Despite strong indications for physics beyond the Standard Model (BSM), no definite direct detection of new physics has been made at the Large Hadron Collider (LHC) yet. Therefore, high-precision particle physics becomes ever more important in order to probe the Standard Model (SM) parameters for any deviation from theoretical predictions. This requires increasing experimental precision and theoretical accuracy. On the experimental side – besides improving hardware, luminosities, etc. – lepton colliders such as the planned International Linear Collider (ILC) provide very clean colorless initial states within a triggerless detection mode and eliminate uncertainties from non-perturbative hadronic parton distribution functions. Theoretical accuracy can be improved by computing higher-order corrections in the perturbation series beyond leading order (LO). Monte Carlo (MC) event generators automate these computations by the implementation of subtraction schemes to treat infrared divergences that occur at next-to-leading order (NLO) and beyond. The multi-purpose MC event generator WHIZARD has a wide feature set specific to lepton colliders and is well-established in the community. In this thesis, we present our work on generalizing its NLO quantum chromodynamics (QCD) capabilities for arbitrary processes at fixed order using the Frixione-Kunszt-Signer (FKS) subtraction scheme. This work is based on a prior FKS-subtraction implementation which was limited to a narrow range of processes. First, we give a thorough review of FKS subtraction, followed by a detailed description of its implementation in WHIZARD. We then validate our fixed-NLO (fNLO) QCD implementation by carrying out many self-consistency checks and by performing an intensive comparison of WHIZARD results with two other event generators at the level of total cross sections and differential distributions. As far as we know, we compute the first result for the total cross section of 6-jet production at fNLO QCD at a lepton collider with $/sigma_{/text{NLO}}^{e^+e^-/to jjjjjj}=4.46(4)/ /text{fb}$.