Die Auswertung von Mehrschleifen-Feynman-Integralen ist eine der größten Herausforderungen bei der Berechnung präziser theoretischer Vorhersagen für die am LHC gemessenen Wirkungsquerschnitte. In den vergangenen Jahren hat sich die Nutzung von Differentialgleichungen bei der Berechnung von Feynman-Integralen als sehr erfolgreich erwiesen. Es wurde dabei beobachtet, dass die von den Feynman-Integralen erfüllte Differentialgleichung oftmals in eine sogenannte kanonische Form transformiert werden kann, welche die Integration der Differentialgleichung mittels iterierter Integrale wesentlich vereinfacht. Das zentrale Ergebnis der vorliegenden Arbeit ist ein Algorithmus zur Berechnung rationaler Transformationen von Differentialgleichungen von Feynman-Integralen in eine kanonische Form. Neben der Existenz einer solchen rationalen Transformation stellt der Algorithmus keinerlei weitere Bedingungen an die Differentialgleichung. Insbesondere ist der Algorithmus auf Mehrskalenprobleme anwendbar und erlaubt eine rationale Abhängigkeit der Differentialgleichung vom dimensionalen Regulator. Bei der Anwendung des Algorithmus wird zunächst das Transformationsgesetz im dimensionalen Regulator entwickelt, um Differentialgleichungen für die Koeffizienten in der Entwicklung der Transformation herzuleiten. Diese Differentialgleichungen werden dann mit einem rationalen Ansatz für die gesuchte Transformation gelöst. Es wird zudem eine Implementation des Algorithmus in dem Mathematica Paket CANONICA vorgestellt, welches das erste veröffentlichte Programm dieser Art ist, das auf Mehrskalenprobleme anwendbar ist. CANONICAs Potential für moderne Mehrschleifenrechnungen wird anhand mehrerer nicht trivialer Mehrschleifen-Integraltopologien demonstriert. Die gezeigten Topologien hängen von bis zu drei Variablen ab und umfassen auch vormals ungelöste Topologien, die zu Korrekturen höherer Ordnung zum Wirkungsquerschnitt der Produktion einzelner Top-Quarks am LHC beitragen. / The evaluation of multi-loop Feynman integrals is one of the main challenges in the computation of precise theoretical predictions for the cross sections measured at the LHC. In recent years, the method of differential equations has proven to be a powerful tool for the computation of Feynman integrals. It has been observed that the differential equation of Feynman integrals can in many instances be transformed into a so-called canonical form, which significantly simplifies its integration in terms of iterated integrals. The main result of this thesis is an algorithm to compute rational transformations of differential equations of Feynman integrals into a canonical form. Apart from requiring the existence of such a rational transformation, the algorithm needs no further assumptions about the differential equation. In particular, it is applicable to problems depending on multiple kinematic variables and also allows for a rational dependence on the dimensional regulator. First, the transformation law is expanded in the dimensional regulator to derive differential equations for the coefficients of the transformation. Using an ansatz in terms of rational functions, these differential equations are then solved to determine the transformation. This thesis also presents an implementation of the algorithm in the Mathematica package CANONICA, which is the first publicly available program to compute transformations to a canonical form for differential equations depending on multiple variables. The main functionality and its usage are illustrated with some simple examples. Furthermore, the package is applied to state-of-the-art integral topologies appearing in recent multi-loop calculations. These topologies depend on up to three variables and include previously unknown topologies contributing to higher-order corrections to the cross section of single top-quark production at the LHC.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/19479 |
| Date | 30 January 2018 |
| Creators | Meyer, Christoph |
| Contributors | Uwer, Peter, Kreimer, Dirk, Weinzierl, Stefan |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 3.0 DE) Namensnennung 3.0 Deutschland, http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/ |
| Relation | 10.1007/JHEP04(2017)006, 10.1016/j.cpc.2017.09.014 |
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