Viele Phaenomene in der Natur sind eng verknuepft mit dem Niederenergieverhalten der QCD und damit von nicht-perturbative Natur. Viele Groeßen benoetigen auch eine nicht-perturbative Renormierung. Als nicht-perturbative Renormierungsschema schlagen wir das chiral gedrehte Schroedingerfunktional, χSF, in einer Gitterregularisierung vor. Auf dem Baumgraphenniveau wird eine analytische Rechnung im Kontinuum und auf dem Gitter durchgefuehrt. Weitere Untersuchungen werden dann in der Valenzquark-Approximation der Gitter QCD durchgefuehrt. Eines der Hauptziele ist es dabei, die im χSF benoetigten Koeffizienten nicht-perturbativ so einzustellen, dass ein wohl-definierter Kontinuumlimes durchgefuehrt werden kann. Es wird gezeigt, dass solch eine Feineinstellung der Parameter des χSF durchfuehrbar ist und dass physikalische Groeßen nicht sensitiv auf die spezielle Wahl der Bedingung zur Einstellung der Parameter sind. Es wird gezeigt, dass das Skalierungsverhalten physikalischer Groeßen konsistent mit fuehrenden O(a2) Diskretisierungseffekten ist. Das Hauptergebnis dieser Arbeit ist der Nachweis, dass das χSF mit den hier berechneten Verbesserungskoeffizienten, zu einem korrekten Kontinuumlimes fuehrt. Dazu wurden drei unterschiedliche Werte der Renormierungsskala verwendet und mehrere uns interessierende physikalische Groeßen berechnet. Wir koennen deshalb den Schluss ziehen, dass das χSF ein viel versprechendes Renormierungsschema darstellt, um eine nicht-perturbative Renormierung vorzunehmen und dabei gleichzeitig die automatische O(a)-Verbesserung aufrecht erhalten. Dies eroeffnet den sehr wichtigen Ausblick, dass das χSF in zukuenftigen nicht-perturbativen Berechnungen von Renormierungskonstanten auch ueber die Valenzquark-Approximation hinaus eingesetzt werden kann. / There are many phenomena in nature which are closely linked to the low energy regime of QCD. Theoretically, these can be dealt with only by means of non-perturbative methods. Often, a non-perturbative renormalization of QCD is required. We employ a 4-dimensional lattice as a regulator of QCD. As a non-perturbative renormalization scheme, we propose the chirally rotated Schrödinger functional, χSF. We perform analytical studies at tree-level of perturbation theory, in the continuum and on the lattice. Beyond tree-level, all studies are performed in the quenched approximation of QCD. One of the main targets has been to perform the non-perturbative tuning of the two required coefficients of the χSF scheme, such that a well defined continuum limit can be reached. We demonstrate that the tuning is feasible and physical quantities are insensitive to the tuning condition. There are also a couple of improvement counterterms at the boundaries. However, besides these boundary O(a) effects, the χSF is expected to be compatible with bulk automatic O(a)-improvement. We show that the scaling behavior of physical quantities is consistent with automatic O(a)-improvement. The other most important achievement has been to demonstrate that the χSF, with the here computed tuning coefficients, leads to the correct continuum limit. For this, we have performed universality tests of the continuum limit, at three different values of the renormalization scale and through the computation of several physical quantities of interest. The conclusion of these results is that the χSF is a promising scheme to perform non-perturbative renormalizations while maintaining bulk automatic O(a)-improvement. This opens the most relevant prospect that the χSF can be safely used in future non-perturbative computations of renormalization factors also beyond the quenched approximation.

Die spontane Brechung der chiralen Symmetrie ist ein faszinierendes Phenomän der QCD mit fundamentalen phänomenologischen Implikationen. Die Brechung der chiral Symmetrie ist beispielsweise verantwortlich für die niedrige Masse der Pionen, welche die effektiven Goldstone Boson der spontan gebrochene Symmetrie sind. Die spontane Brechung der chiral Symmetrie und die chirale Anomalie sind niedrig Energie-Phenomäne der QCD, weshalb nichtperturbative Methoden nötig sind um sie zu studieren. In der vorliegenden Arbeit verwenden wir die Gitterregularisierung der QCD, um das chirale Kondensat, den Ordnungsparameter der spontanen Brechung der chiralen Symmetrie zu bestimen. Dazu wendeten wir die Definition der in dieser Arbeit studierten Observablen über Dichteketten an, die eine theoretisch wohldefinierte Bahndlung der Observablen zulässt. Für die praktische Berechnung wurde die kürzlich entwickelte Methode der spektralen Projektoren angewandt. In dieser Weise berchnen wir den Kontinuumlimes des chiralen Kondensates, das im chiralen Limes gewonnen, sowohl für N_f=2 als auch für N_f=2+1+1 Flavour von so genannten twisted mass Fermionen. Des Weiteren untersuchen wir das chirale Verhalten der topologischen Suszeptibilität. Wir verwenden hier wieder die Methode der spektralen Projektoren, anstelle aufwendigerer Verfahren, die chirale Symmetrie erhalten, aber zu numerisch sehr aufwändigen Simulationen führen. Schließ lich kommentieren wir die sich aus den starken Autokorrelationen ergebenden Schwierigkeiten dieser Rechnung. Abschließ end stellen wir die Kontinuumlimes-Ergebnisse der topologischen Suszeptibilität in der rein gluonischen Theorie vor, die es uns erlauben, die Witten-Veneziano-Formel zu testen. Unseren Untersuchung zufolge ist diese Formel gut erfüllt. Diese Tatsache stützt die Gültigkeit der Formel, die die topologischen Fluktuationen der Eichfelder mit der unerwartet groß en Masse des eta'' Mesons in Verbindung setzt. / The spontaneous breaking of chiral symmetry is a fascinating phenomenon of QCD whose mechanism is still not well understood and it has fundamental phenomenological implications. It is, for instance, responsible for the low mass of the pions which are effectively Goldstone bosons of the spontaneously broken symmetry. Since these phenomena belong to the low energy regime of QCD, non-perturbative techniques have to be applied in order to study them. In this work we use the twisted mass lattice QCD regularization to compute the chiral condensate, the order parameter of spontaneous chiral symmetry breaking. To this end we apply the recently introduced method of spectral projectors which allows us to perform calculations in large volumes due to its inherently low computational cost. This approach, moreover, enables a direct calculation of the chiral condensate based on a theoretically clean definition of the observable via density chains. We thus present a continuum limit determination of the chirally extrapolated condensate for N_f=2 and N_f=2+1+1 flavours of twisted mass fermions at maximal twist. In addition we study the chiral behavior of the topological susceptibility, a measure of the topological fluctuations of the gauge fields. We again apply the spectral projector method for this calculation. We comment on the difficulties which appear in the calculation of this observable due to the large autocorrelations involved. Finally we present the continuum limit result of the topological susceptibility in the pure gluonic theory which allows us to perform a test of the Witten-Veneziano relation. We found that this relation is well satisfied. Our results support the validity of the Witten-Veneziano formula which relates the topological fluctuations of the gauge fields with the unexpectedly large value of the eta''