Das Top-Quark ist das schwerste bekannte Elementarteilchen. Im Standardmodell (SM)
der Elementarteilchenphysik ist die Erzeugung in Paaren durch die starke Wechselwirkung der dominante Beitrag zu seiner Produktion. Top-Quarks können durch die schwache
Wechselwirkung ebenfalls einzeln produziert werden.
Die Einzelproduktion ist trotz ihres schwierigen experimentellen Nachweises wegen ihrer Komplementarität zur Paarproduktion interessant. So sind einzeln produzierte Top-Quarks stark polarisiert. Diese Polarisation führt wegen des Zerfalls von Top-Quarks
vor ihrer Hadronisierung zu experimentell zugänglichen Auswirkungen auf die Zerfallsprodukte. Weiterhin erlaubt die Beteiligung von Bottom-Quarks im Anfangszustand die
Untersuchung der zugehörigen Partonverteilungsfunktion.
In dieser Arbeit werden für phänomenologische Vorhersagen Wirkungsquerschnitte für
die Produktion einzelner Top-Quarks oder Top-Antiquarks in Assoziation mit zwei Jets
im SM berechnet. Dabei werden die Korrekturen in der nächstführenden Ordnung der
Quantenchromodynamik (QCD) berücksichtigt. Diese Korrekturen bilden den wichtigsten
Beitrag jenseits der führenden Ordnung zur Verbesserung der theoretischen Vorhersage.
Präzise theoretische Vorhersagen für Wirkungsquerschnitte sind für die Suche nach Physik
jenseits des SM mit dem Large Hadron Collider am CERN unerlässlich. Im Unterschied zu
den im Jahr 2002 veröffentlichten Korrekturen in der QCD zur Produktion einzelner Top-Quarks wurde ein zusätzliches Teilchen im Endzustand berücksichtigt. Als Folge treten
neue partonische Anfangszustände und Beiträge mit Farbaustausch zwischen den Quark-Linien auf. Da Top-Quarks nach kurzer Zeit in ein W-Boson und ein Bottom-Quark
zerfallen, muss zugleich eine konsistente Abgrenzung von der Produktion einzelner Top-Quarks in Assoziation mit einem W-Boson und von der Paarproduktion vorgenommen
werden. / The top quark is the heaviest known elementary particle. In the standard model (SM)
of elementary particle physics it is produced predominantly in pairs by the strong interaction. The weak interaction enables the production of single top-quarks as well.
Despite its difficult experimental signature, the production of single top-quarks is interesting as it is complementary to the production of pairs. For instance single top-quarks
are highly polarized. As top quarks decay before they hadronize, the polarization affects
the decay products of the top quark in an experimentally accessible way. Furthermore,
the participation of bottom-quarks in the initial state allows a study of the corresponding
parton distribution functions.
This thesis makes phenomenological predictions for the SM by calculating cross sections
for the production of single top-quarks in association with two jets. Next-to-leading order
corrections in quantum chromodynamics (QCD) are taken into account. These corrections
are the most important contribution for precise predictions beyond the leading order
calculation. Precise theoretical predictions for cross sections are mandatory for the search
for new physics at the Large Hadron Collider at CERN. In contrast to the QCD corrections
for the production of single top-quarks published in 2002 an additional particle in the
final state was taken into account. As a consequence, new partonic initial states and
contributions with exchange of color charge between the quark lines occur. As top quarks
decay rapidly into a W boson and a bottom quark, a consistent separation from the
production of top quark pairs and from the production of single top-quarks in association
with a W boson must be ensured.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/20431 |
| Date | 08 January 2019 |
| Creators | Mölbitz, Stefan |
| Contributors | Uwer, Peter, Ramona, Gröber, Jäger, Barbara |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | German |
| 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/ |
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