University, Diss., 2007--Frankfurt (Main). / Zsfassung in engl. und dt. Sprache.

Würzburg, Univ., Diss., 2005. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004

Es wird die 1912 erfolgte Entdeckung der Kosmischen Strahlung durch Viktor Franz Hess, deren Vorgeschichte und die nachfolgende Entdeckung einiger Elementarteilchen als deren atmosphärische Umwandlungsprodukte beschrieben, die den Untergrund von mit dicken Metallschichten gegen die natürliche Radioaktivität abgeschirmten Strahlungsdetektoren bestimmen. Es wird dargestellt, wie durch Antikoinzidenz- und Koinzidenzverfahren sowie Messungen untertage der durch die Kosmische Strahlung verursachte Untergrund vermindert wurde. / The discovery of the cosmic rays by Victor Franz Hess in 1912, the previous achievements and the following discovering of elementary particles are described, which are created in the atmosphere. These particles determine the background of detectors, shielded with heavy metals against natural radioactivity of the vicinity. It is shown, how the cosmic ray caused background is reduced by coincidence, anti - coincidence as well as underground measurements.

Würzburg, Univ., Diss., 2005. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004

Einer der interssantesten Prozesse im Flavour Sektor des Standard Modells (SM) im Kontext der indirekten Suche nach neuer Physik ist der seltene inklusive Zerfall B -> Xs gamma. Dieser Zerfallskanal entspricht einem neutralen Strom mit Wechsel des Flavours zwischen Anfangs- und Endzustand. Im SM ist ein solcher Uebergang unterdrueckt, da er nur ueber Schleifenbeitraege erfolgen kann, und ist somit sensitiv auf Beitraege neuer Physik. Darueber hinaus sind nichtperturbative Beitraege moderat, was praezise theoretische Vorhersagen im Rahmen einer effektiven Niederenergie Theorie ermoeglicht. Sowohl praezise Messungen als auch genaue theoretische Vorhersagen mit einer guten Kontrolle ueber perturbative und nichtperturbative Effekte sind notwendig, um den Parameterraum von Modellen jenseits des SM einzuschraenken. Experimentell wurde die Zerfallsrate B -> Xs gamma vor Allem mit Hilfe der spezialisierten Experimente BaBar und Belle an den sogenannten B Fabriken mit einer hervorragenden Genauigkeit gemessen. Um diese Praezision auch in der theoretische Vorhersage zu erhalten, sind hoehere Ordnungen in der effektiven Stoerungstheorie essentiell. Tatsaechlich fuehrt erst die Beruecksichtigung von QCD Korrekturen auf der naechst-zu-naechst-zu hoeheren Ordnung (NNLO) in Stoerungstheorie zu einer mit dem Experiment vergleichbaren theoretischen Unsicherheit. Die Bestimmung des Verzweigungsverhaeltnisses von B -> Xs gamma auf NNLO wurde innerhalb der letzten zehn Jahre von mehreren Arbeitsgruppen angegangen. Ein Gro"steil dieses Projekts wurde abgeschlossen und eine erste Abschaetzung auf diesem Niveau der Stoerungstheorie 2006 publiziert. Allerdings standen fuer diese Vorhersage nicht alle Beitraege von nach wie vor unbekannten Matrixelementen zur Verfuegung, die nur aus partiell bekannten Resultaten abgeschaetzt werden mussten. In dieser Arbeit bereiten wir einen Rahmen fuer die systematische Bestimmung der noch nicht verfuegbaren Matrixelemente auf NNLO. Ein Hauptergebnis dieser Dissertation ist die Bestimmung von fermionischen Korrekturen zu Matrixelementen von Vier-Quark Operatoren in der effektiven Theorie. Erstmalig wird hierbei die volle Massenabhaengigkeit beruecksichtigt. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Berechnung von fermionischen als auch bosonischen Korrekturen im Grenzwert einer verschwindenden Masse des Charm Quarks. Zusammen mit noch unbekannten reellen Korrekturen werden diese Ergebnisse dazu beitragen, die Unsicherheit der NNLO Vorhersage signifikant zu reduzieren. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit, der die hier durchgefuehrten Berechnungen erst ermoeglichte, ist die Entwicklung einer automatisierten Methode zur hochpreazisen Bestimmung von Vielschleifenintegralen die zwei Massenskalen enthalten. / In the context of the indirect search for non-standard physics in the flavour sector of the Standard Model (SM), one of the most interesting processes is the rare inclusive B -> X_s gamma decay. On the one hand, being a flavour-changing neutral current, this B decay is sensitive to new physics, as it is loop-suppressed in the SM. On the other hand, it is only mildly affected by non-perturbative effects, and thus allows for precise theoretical predictions in the framework of renormalization-group improved perturbation theory. Accurate measurements as well as precise theoretical predictions with a good control over both perturbative and non-perturbative contributions have to be provided in order to derive stringent constraints on the parameter space of physics beyond the SM. On the experimental side, an outstanding accuracy in the measurement of the B -> Xs gamma decay rate has been achieved, which is mainly due the specialized experiments BaBar and Belle at the so-called B factories. To match the small experimental uncertainty, higher order computations within an effective low-energy theory of the SM are mandatory. In fact, next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD corrections are required to provide a prediction for the decay rate with the same precision as the measurement. The NNLO evaluation of the B -> Xs gamma decay rate has been pursued by various groups over the last decade. The project was completed to a large extent and a first estimate at this level of perturbation theory was obtained in 2006. This prediction, however, lacks important contributions from yet unknown matrix elements, that were estimated from results which are only partially known to date. In this work, we provide a framework for the systematic study of the missing matrix elements at the NNLO. As main results of this thesis, we determine fermionic corrections to the charm quark mass dependent matrix elements of four-quark operators in the effective theory at NNLO. For the first time, the full mass dependence was kept. Moreover, we evaluate both bosonic and fermionic corrections to the decay rate in the limit of vanishing charm quark mass. These findings, combined with yet unknown remaining real contributions, will help to reduce the uncertainty of the NNLO branching ratio estimate considerably. Another central topic of the present work is the development of an automatic high-precision computation of multi-loop multi-scale integrals, a crucial ingredient for the here presented results.

In this work the supersymmetric seesaw model and its effects on low-energy leptonic observables and thermal leptogenesis have been systematically investigated. Precision measurements will increase the sensitivity on lepton-flavor violating decays, particularly on Br(l_j->l_i gamma) and also on electric and magnetic dipole moments in the near future. In order to improve also the accuracy of theoretical predictions for these processes, we have performed a full one-loop calculation of the underlying supersymmetric processes taking into account the lepton masses. Since the mechanism of soft supersymmetry breaking (SSB) is completely unknown, a novel analysis beyond the often studied minimal Supergravity scenarios has been performed. This way it has been demonstrated that in the considered mSUGRA, AMSB, GMSB and gaugino mediated scenarios, the ongoing search for Br(mu->e gamma) can constrain fundamental SSB parameters and/or the seesaw parameters. On the other hand, the basic parameters of thermal leptogenesis, such as the CP asymmetry in the decays of the lightest right-handed Majorana neutrino, provide probes of the unknown complex orthogonal R-matrix of the seesaw model. / In dieser Arbeit wurde systematisch das supersymmetrische Seesaw Modell und seine Auswirkungen auf leptonische Niederenergieprozesse und thermische Leptogenese untersucht. Präzisionsmessungen werden die Messgenauigkeit in Leptonflavor verletzenden Zerfällen, insbesondere für Br(l_j->l_i gamma), sowie in elektrischen und magnetischen Dipolmomenten in naher Zukunft erhöhen. Um auch die Genauigkeit von theoretischen Vorhersagen für diese Prozesse zu steigern, wurde eine komplette Einschleifenrechnung der zugrundeliegenden supersymmetrischen Prozesse unter Berücksichtigung der Leptonmassen durchgeführt. Da der Mechanismus für "soft Supersymmetry Breaking" (SSB) unbekannt ist, wurde eine neue Studie angestellt, welche über die häufig untersuchten minimalen Supergravity Szenarien hinausgeht. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass in den untersuchten Szenarien von mSUGRA, AMSB, GMSB und Gaugino Mediation die anhaltende Suche nach Br(mu->e gamma) fundamentale SSB Parameter und / oder die Seesaw Parameter einschränken kann. Auf der anderen Seite ist durch die grundlegenden Parameter von thermischer Leptogenese, wie beispielsweise die CP-Asymmetrie in den Zerfällen des leichtesten rechthändigen Majorana-Neutrinos, die Möglichkeit gegeben, die komplex-orthogonale R-Matrix des Seesaw Modells genauer zu untersuchen.

In this work, we studied in great detail how the unknown parameters of the SUSY seesaw model can be determined from measurements of observables at or below collider energies, namely rare flavor violating decays of leptons, slepton pair production processes at linear colliders and slepton mass differences. This is a challenging task as there is an intricate dependence of the observables on the unknown seesaw, light neutrino and mSUGRA parameters. In order to separate these different influences, we first considered two classes of seesaw models, namely quasi-degenerate and strongly hierarchical right-handed neutrinos. As a generalisation, we presented a method that can be used to reconstruct the high energy seesaw parameters, among them the heavy right-handed neutrino masses, from low energy observables alone. / In dieser Arbeit wurde detailliert untersucht wie die unbekannten Parameter des supersymmetrischen Seesaw-Modells durchMessung von niederenergetischen Observablen (Lepton-Flavor verletzende seltene Zerfälle der Leptonen, Slepton-Paar-Produktion an Elektron-Positron Linearbeschleunigern und Sleptonmassen-Differenzen) bestimmt werden können. Wegen des komplizierten Zusammenhangs zwischen diesen Messgrößen und den Seesaw-, Neutrino-, und SUSY-Parametern stellt dies eine große Herausforderung dar. Um die verschiedenen Einflüsse zu trennen, wurden zuerst zwei Klassen von Seesaw-Modellen betrachtet, nämlich solche die durch (quasi-)entartete und stark hierarchische rechtshändige Neutrinomassen charakterisiert sind. Zur Verallgemeinerung wurde zum Abschluss eine allgemeine Methode präsentiert, mittels der die zugrunde liegenden Hochenergie-Parameter des Seesaw-Modells allein durch niederenergetische Observable rekonstruiert werden können.

In dieser Dissertation untersuchen wir CP verletzende Effekte von MSSM-Phasen in Produktion und Zwei-Teilchen-Zerfaellen von Neutralinos, Charginos und Sfermionen. Fuer verschiedene supersymmetrische Prozesse definieren und berechnen wir CP-ungerade Asymmetrien, welche auf Spatprodukten basieren. Wir zeigen numerische Ergebnisse fuer Elektron-Positron-Kollisionen an einem zukuenftigen Linearbeschleuniger mit einer Energie von 500 - 800 GeV, hoher Luminositaet und longitudinal polarisierten Strahlen. / In this thesis we analyze CP violating effects of MSSM phases in production and two-body decays of neutralinos, charginos and sfermions. For different supersymmetric processes we define and calculate CP-odd asymmetries, which base on triple products. We present numerical results for electron-positron collisions at a future linear collider with a center of mass energy of 500-800 GeV, high luminosity and longitudinally polarized beams.

Es wird die 1912 erfolgte Entdeckung der Kosmischen Strahlung durch Viktor Franz Hess, deren Vorgeschichte und die nachfolgende Entdeckung einiger Elementarteilchen als deren atmosphärische Umwandlungsprodukte beschrieben, die den Untergrund von mit dicken Metallschichten gegen die natürliche Radioaktivität abgeschirmten Strahlungsdetektoren bestimmen. Es wird dargestellt, wie durch Antikoinzidenz- und Koinzidenzverfahren sowie Messungen untertage der durch die Kosmische Strahlung verursachte Untergrund vermindert wurde. / The discovery of the cosmic rays by Victor Franz Hess in 1912, the previous achievements and the following discovering of elementary particles are described, which are created in the atmosphere. These particles determine the background of detectors, shielded with heavy metals against natural radioactivity of the vicinity. It is shown, how the cosmic ray caused background is reduced by coincidence, anti - coincidence as well as underground measurements.

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