qcd-tests an beschleunigern

QCD-TESTS AN BESCHLEUNIGERN

Thomas Schörner-SadeniusUniversität Hamburg

DPG-Tagung Dortmund24. März 2006

Mit herzlichem Dank an: blablabl

Dortmund, 24.3.2006 TSS: QCD-Tests an Beschleunigern 2

HERA-LHC-WORKSHOPReiche Auswahl an QCD-Ergebnissen


ÜBERSICHT

¶ EINLEITUNG UND MOTIVATION

¶ DAS PROTON ALS QCD-LABOR

¶ JETS UND DIE BESTIMMUNG VON S

¶ SCHRITT ZURÜCK: IST ES WIRKLICH QCD SU(3)C?

¶ PRODUKTION VON EICHBOSONEN

¶ “UNDERLYING EVENTS”, “MULTIPLE INTERACTIONS”

¶ DER HADRONISCHE ENDZUSTAND

… und das alles (u.v.a.) kommt nicht unter: ¶ Physik schwerer Quarks ¶ Diffraktion ¶ Photon- und Elektronstruktur ¶ Spinstruktur des Protons ¶ Phänomenologie (Resummation, ME+PS etc.)


FREUD UND LEID DER QCD… am Beispiel eines HERA-Events.

Elektron Gestreutes Elektron

Boson

Gestreutes Parton

ProtonrestProton


... then a miracle occurs …

QCD-Stra

hlung

Partonschauer


Hadronisierung



Harte Wechselwirkung(Parton-Wirkungsquer-schnitt, Matrix-Element)

,...),(ˆ RF



Partonverteilung (PDF)summiert “weiche” Anteile

der QCD-Strahlung unterhalb der Faktorisierungsskala F.

F

,...),(ˆ RF




Partonverteilung (PDF)summiert “weiche” Anteile

der QCD-Strahlung unterhalb der Faktorisierungsskala F.

F

,...),(ˆ RF

Jet-Algorithmussummiert effektiv Strahlung

vom gestreuten PArton.



SCHWERPUNKT: PERTURBATIVE QCDund Reihenentwicklung der harten Wechselwirkung

Partonver-teilungen fi/p

Matrixelement

Faktoriserungder Probleme

gqqi

pif,,

/

Faltung von Partonverteilungenund partonischen Wirkungs-

querschnitt (“Matrixelement”);Anwendung eines Jet-Algos.

• S ist groß ~ 0.1 – 0.2 Reihenkonvergenz? Höhere Ordnungen!

• Berechnung der Koeffizienten Cn? NLO (NNLO) Maß der Dinge!

Probleme(sogar hier!)

0n

nnS C

Störungsreihein S

NLO'' ,1SLO'' ,0

S NNLO'' ,2S

“Harte” Abstrahlungen führen zu komplexeren Matrixelementen proportional zu Potenzen von S (nur reelle Korrekturen gezeigt).

Jet

Elektron


BEDEUTUNG VON PRÄZISION?Beispiele Supersymmetrie, Higgs

LO,NLO NNLO

S

• Höhere Ordnungen ändern Vorhersagen Beispiel: Interpretation des Higgs! (Higgs~mt

2 als Test des SM).

• Höhere Ordnungen reduzieren theoret. Unsicherheiten! PDF, Skalen, etc.

• Problem: Berechnungen verlangen Konsistenz: S, PDF und Matrixelemente in gleicher Ordnung!

• Weltmittelwert in NNLO (PDG): S(MZ)=0.1187(20) 2% Fehler in NNLO! (EM auf 12 Stellen, GF auf 6 Stellen!)

• HERA (Jets etc.): NLO (C. Glasman) S(MZ)=0.1186±0.0050

• Bedeutung z.B. für Frage nach großer Vereinheitlichung, SUSY!


LEP, HERA, TEVATRON, LHCDie Werkzeuge

96ns Rate-WW

km 3,6

GeV 318

Umfang

s ep

s22 Rate-WW

km 5,27

GeV 20991

Umfang

s ee

396ns Rate-WW

km 3,6

TeV 96.1

Umfang

s pp

s25 Rate-WW

km 5,27

GeV 14000

n

Umfang

s pp


EXPERIMENTEEine Auswahl

CDF/TEVATRON

ZEUS/HERA

OPAL/LEP

ATLAS/LHC

• 4-Abdeckung.• Silizium-Streifendetektoren• präzise Spurkammern • granulare, hochauflösende Kalorimeter• Myon-Systeme


DAS PROTON ALS QCD-LABORErforschung der Protonstruktur in Streuexperimenten

qqi

qpiep QQxfxQxF,

22/

22 ,,

TiefunelastischeStreuung (DIS)

Der Wirkungsquerschnitt ist proportional zur Strukturfunktion F2, die die Verteilung elektrisch geladener Bestandteile beschreibt

Photonimpuls q(Q2 = -q2)

Impulsbruchteil x

Q hc Auflösung

(HERA: 0.0001-1fm)

ep-Wirkungs-querschnitt

QCD-Erwartung Bei steigender Auflösung Q2: - Gluonabstrahlung vom Quark mit x1 Quarkdichte fi(x1) bei hohen x1 sinkt. - Gluonen zerfallen in Quark-Antiquark Quark/Gluondichte bei kleinen x steigt.

x1 x2<x1

(Partonverteilungen fi/p: W’keit, bei Auflösung Q2 Parton i mit Impuls x zu finden).

x2x3<x2

“Inklusive Messung”: Messung vonElektronwinkel- und Energie liefert

Variablen x und Q2.q

e±e±

Proton


Abfall bei

hohen x

“Sca

ling” b

ei

mittleren x

Anstieg beihohen x

– Erweiterung des kinematischen Bereichs um viele Größenordnungen.– Experimentelle Genauigkeit: 2%!

STRUKTURFUNKTION F2

und der HERA-Beitrag

– Glänzenden Bestätigung der QCD.– Verstehen wir die Dinge wirklich so gut?

2222

22 ,,ln

,

:sFormalismu-DGLAP

QxgPQxFPQd

QxdFgqSqgS

– Zugang zur Kopplung S, zu den Quark- Dichten fi und zur Gluondichte g.


DIE PARTONVERTEILUNGENHERA, Unterschiede der Fit-Gruppen

qqi

qpi QQxfxQxF,

22/

22 ,,

HERA:Bedeutung

60

20

40

60

20

40

Ohne HERA

Mit HERA

HERA entscheidend für genaue PDFs!Drastische Unterschiede der einzelnen Fits!

Gluon beikleinen x

Nur durch Ableitung dF2/dlnQ2 bestimmt ungenau!

Unterschiede bei höheren Q2 kleiner (Evolution).

10%-Unterschied bleibt.


BEDEUTUNGBeispiel: Higgs-Physik

PDF-Unsicherheit auf Higgs-WQS: je 10% von Quark- und Gluon-PDFs!

Reicht das, um Charakter des Higgs-zu etablieren (Higgs~mt

2 )?

PDFs Higgs-Produktion bei LHC ist sowohl auf Quark- als auch auf Gluondichte sensitiv!

Unsicher-heit


VERBESSERUNGEN ?Kombinierte Analysen, mehr Daten (Jets)!

AndereDaten

MehrDaten

ZEUS-Jet-Daten (zusätzlich zuF2) schränken Gluon ein. Grund:Boson-Gluon-Fusion bei hohen x!

H1/ZEUS-Averaging

Alekhin

NNLOGluondichte xg(x)


GLUON BEI KLEINEN xMessung von FL – nur bei HERA machbar.

),(

)(2QxxgF

Fqqg

SL

LL

Idee • Longitudinale Strukturfunktion gibt unmittelbaren

Zugang zur Gluondichte bei kleinen x!

• HERA bietet einzigartige Möglichkeit, FL zu messen Vorschlag für HERA-Run mit niedriger Protonenergie (z.B. 460 GeV).

• Gleichzeitig wichtiger Test von QCD in höheren Ordnungen.

Gesamte Verbesserung der PDFS durch HERA-II

(Beispiel hoher Q2 LHC)


kT-EFFEKTE IM PROTONvon HERA lernen für LHC (z.B. Higgs)

Annahme kollineare Faktorisierung: Partonen der harten Wechselwirkung haben keinen Transversalimpuls kT!

Real QCD-Strahlung vom Parton erzeugt kT kT des Higgs in ggH!

LO

Effekt Drastisch – viele GeV! Abstrahlungen müssen berücksichtigt werden, um sauberes Higgs-Signal zu erhalten (Untergrund aus tt).

Unintegrierte Parton-dichten!!! (HERA).

Weitere PDF-Themen:

• Resummationen um weicher Effekte und großer Logarithmen Herr zu werden.

• DGALP-Evolution auf dem Prüfstand: Lineare Evolution in Q2? Höhe der Ordnungen? Saturationseffekte? Terme in ln1/x?

• …


QCD-TESTS MIT JETSWie bestimmt man S mit Jets? (am Beispiel HERA)

???

)1(0 ,,/

???

0 ,,/ )(ˆ)(ˆ

n gqqipi

nS

n gqqipi

nS dxxxff

Wirkungs-querschnitt

Im Vergleich Daten – Theorie (NLO) kann man: – PDFs extrahieren (schon gezeigt); ihre Universalität testen,– S extrahieren (geht auch mit F2 u.v.a, siehe später), – die Annahmen von Faktorisierung und Störungstheorie testen.

Daten,Experimente

Tests dieser Art bei LEP (v.a. in Photon-Photon), HERA (Elektron-Proton und Photon-Proton) und Tevatron.

e+

e– e± e±,

p


JETS BEI LEP UND HERAGroßer Erfolg der perturbativen QCD!

LEP Zweijet-Ereignisse in -Stößen.Photon-Struktur Theorie unsicherer.

HERA Jets in tiefunelastischem ep.Unsicherheiten der NLO-Theorie dominieren Fehler.


JETS BEI TEVATRONBis zu sehr hohen Jet-Energien; aber große Fehler.

Jet-Ereignisse in pp-Stößen.Systematik: Energieskala, PDFs.


JETS IN NLO: UNSICHERHEITEN oft durch Theorie dominiert!

– Universalität der PDFs und Faktorisierung funktionieren (5%).– Theorie in NLO limitiert Ausnutzung der Daten Skaleneffekte höhere Ordnungen (NNLO), PDFs, …

Fazit

Abschätzung des Effekts fehlender Ordnungen Variation von R.

PDF-Unsicherheit.


JETS BEI LHCPDF-Fehler als Entdeckungshindernis?

Jets bis 5 TeV!Experimentelle

Fehler?

Heutige PDF-Fehler(CTEQ6.1)

D. Stump et al., hep-ph/0303013

Groß genug, um einSignal zu übersehen?


JETS BEI LHC – BIS 5 TeV!Was können wir noch erwarten?

Erwarteter PDF-Fehler bis 2007 (gelb) …

… und der Effekt auf LHC-Jets.

Erst durch genaue Kenntnis der PDFs (und anderer Theoriebestandteile) kann man z.B. Multijet/”Multiple Interaction”-Ereignisse von “mini black holes” unterscheiden oder SUSY-Signaturen erkennen!

Weitere Jet-Themen (falls Zeit):

• unintegrierte Partonverteilungen: Transversalimpuls der Partonen im Proton können nicht einfach vernachlässigt werden.

• “Underlying Events” und “Multiple Interactions” werden bei LHC zu drastischen Effekten führen – aber die “Tevatron-Tunes” scheinen zu versagen!

• …


IST ES WIRKLICH QCD ?Spin von Quarks und Gluonen

2cos1cos

:2

1Spin

d

d

2cos1cos

:0Spin d

d

Gluon-Prop.

“Direct Resolved” Photon

Quark-Spin

Quarks/Gluonen

Quark-Propagator


IST ES WIRKLICH QCD?”Color Factor”-Analyse von LEP,HERA

DAFCFFBAFAFjetsep CTTCCCC 2

3

ColorFactors

CF, CA, TF definieren die Farbdynamik, legen die unterliegende Eichgruppe.

Jets Verschiedene Beiträge zum WQS (z.B. 3-Jets in Photoproduktion):

LEP

Some blabla hier …


BESTIMMUNG VON S Aus Jets (alle), F2-Skalenverletzungen etc.

SQd

dF 2

2

ln

22

1 CC SSJet

23

12

4 BB SSjet

Dazu noch Ergebnisse aus der Analyse – der inneren Struktur von Jets– Event-Shapes (später)– Skalenverletzungen von Fragmentationsfunktionen– … und natürlich ,Z-Breite etc.


BESTIMMUNGEN VON S eine subjektive Auswahl

Trotz NNLO (immer noch) 2% Fehler!

Tevatron: Jets (NLO)

HERA: F2, Jets (NLO)

Gute Übereinstimmung aller Experimente; Bestimmungen in unterschiedlichen Prozessen!

Vergleich HERA, Tevatron, LEP,

Weltmittel (NNLO).


S BEI LHC AUS JETSIst eine genaue Bestimmung denkbar?

“Daten”… sind sensitiv …

aber starke PDF-Abhängigkeit! Abschät-zung

Theoretischer Fehler von unter 10% sollte möglich sein.

Wie werden die experimentellen Unsicherheiten aussehen ?


PROMPTE PHOTONEN bei LEP, HERA, TEVATRON

Daten

Zugang zur partonischen Wechselwirkung ohne Hadronisierungs-korrekturen (wie z.B. bei Quarks, Gluonen).– Trennung vom Untergrund (, , Zerfallsphotonen)?– EM-Schauer sind leichter zu messen als hadronische Jets syst. Unsicherheit geringer.– Abweichungen zwischen Daten und NLO-QCD in pp, p “intrinsic kT” der Partonen?

Idee

Von LEP, HERA, Tevatron; alle verglichen mit NLO.

Weitere Erfolg der QCD!


PRODUKTION SCHWERER EICHBOSONEN am TEVATRON in LO, NLO, NNLO

“Leading order” funktioniert ganz gut … … aber große Unsicherheiten!

NNLO?

?????


EICHBOSONEN BEI LHC Rechnungen in NNLO, Zugang zu PDFs? • Ratios von Wirkungsquerschnitten reduzieren Unsicherheiten – experimentell (Luminosität, Energieskalen, Akzeptanz) – theoretisch (Skalen, PDFs). • Untersuche Ratios von W/Z-Wirkungsquerschnitten – Aufschluss über PDFs? – Attraktiv, da Theorie in NNLO vorhanden (reduzierte Unsicherheiten). • Kleiner Effekt dieser Daten in PDF-Fits (Parameter g: Fehler halbiert)

Z-Produktion als Funktion der Rapiditätfür verschiedene PDFs: PDF8%.

W/Z-Ratio als Funktion der Rapiditätfür verschiedene PDFs: PDF3%.

ATLAS-Pseudodaten (We+) und ZEUS-PDF mit Unsicherheit vor und nach Einschluss der Pseudodaten in den PDF-Fit.

Potential zur PDF-Präzisierung?


“UNDERLYING EVENTS” (UE) und mehrfache Wechselwirkungen

Versuch, den weichen Energiefluss jenseits der einen (?) harten Wechsel-wirkung zu beschreiben: Partonschauer, weitere Partonstreuungen, Strahlremnants …

Tuning der Monte-Carlo-Modelle an TEVATRON-, HERA-Daten …Abhängigkeit von Behandlung weicher Wechselwirkungen, PDFs, Faktorisierung etc. …


MODELL-TUNING BEI TEVATRONAnpassung z.B. an pT-Summe …

Idee Betrachte Ereignis “weit weg” von der harten Physik – also von harten Jets; Definiere die “transversale” Richtung:90o in relativ zum Jet versetzt von UE dominiert?

Messung pT-Summe in der transversalen Region, Multiplizität geladener Teilchen als Funktion des Jet-ET.

Modelle können mehr oder wenigergut an Daten angepasst werden.


EXTRAPOLATION ZU LHC , RELEVANZGroße Unsicherheiten!

I. Borjanovic et al., hep-ex/0403021

Vorgehen Wende CDF-Tunes auf LHC-Vorhersagen an.

Man beobachtet sehr große Unterschiede der Modelle!

Problem?

Z.B. die Bestimmung der Top-Masse hängt massiv vom Einfluss des “underlying event” ab – muss also bekannt sein.


VON/BEI HERA LERNEN?… in p-Kollisionen

HERA p Ist effektiv Hadron-Hadron Kollision – also mit pp-Kollision vergleichbar.

Hadronischer Charakter des Photons ist “einstellbar” (Q2). Bei HERA etwas über die Grundlagen des underlying events lernen?

BeispielZEUS-Jets in Photoproduktion als Funktion von x. Vergleich mit PYTHIA mit (durchgezogen) und ohne (gestrichelt) “multiple interactions”-Option.

HERA sollte hier noch Beiträge liefern; ZEUS-Anstrengung gerade gestartet.


TEILCHEN-MULTIPLIZITÄTENin e+e–, pp und ep.

))ln(exp( ECBAEnch

Die Multiplizität geladener Teilchen ist vielleicht die einfachste Variable zur Beschreibung von Effekten der Fragmentation und Hadronisierung – des hadronischen Endzustandes.

Sie wurde in ee, ep und pp gemessen. Die verschiedenen Ergebnisse stimmen gut überein.

MC-Modelle und auf LHPD und Resummation beruhende Rechnungen beschreiben Daten.

))(/exp()( EAEKEn SSch


NICHTPERTURBATIVE EFFEKTE Abschätzung mit “Power Corrections”

Problem

Alternativ

Abschätzung der Hadronisierungmit Monte-Carlo-Generatoren: MC

Partonen

MCHadronenTheorie

PartonenTheorieHadronen CC

,

Für “Event Shape”-Variablen (Thrust, Broadening, C-Parameter …) Abschätzung mithilfe von “power corrections” (Webber et al.):

Jet-Physik

?????

Theorie:Partonen

Experiment:Hadronen

Zusätzlich Für “Event Shapes” bei LEP und HERA existieren resummierte Vorhersagen zusätzlich zur “fixed-order”-QCD: LLA, MLLA …

p

Sp

PCPCpQCD Q

ACVVV 0,

V ;

Universeller

Parameter 0


EVENT SHAPES + POWER CORRECTIONS … und der Resummierung

Ist ein Ereignis (in e+e–) eher “rund”

oder “bleistiftartig”?

z.B.Thrust

Hadroni-sierung

T=0.5

T=1.0

Andere Variablen: Broadening, Jet-Massen, C-Param.

Mit MC-Modellen Mit Power Corrections

Mittelwerte der Event Shapes.

Beide Ansätze scheinen vergleichbar gut zu funktionieren.


EVENT SHAPES BEI LEP UND HERA Anwendung der Power Corrections und der Resummierung

)()(PC

pQCD

VVdV

dV

dV

d


EVENT SHAPES Extraktion von S und 0.

konsistentes Ergebnis?Reicht ein Parameter 0?


AUSBLICK Noch schöne Daten von HERA und Tevatron


ZUSAMMENFASSUNG

QCD … ist eine spannende Theorie,– zu deren Verständnis Beschleunigerexperimente viel beitragen;– die noch viele Fragen bereit hält;– die jeden LHC-Physiker interessieren muss!

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!(und ein Hinweis auf der nächsten Seite)

Präzision – ist in der QCD eine Herausforderung;

– wird in manchen Messungen mehr und mehr erreicht (S, PDFs);

– ist notwendige Voraussetzung für Entdeckung und Verständnis von Physik jenseits des Standardmodells bei LHC.

LHCbraucht

– präzise vermessene Partonverteilungen;– höhere Ordnungen, wann immer möglich; – genaue Kenntnis der Detektoren (nicht behandelt)


LHC-D-WORKSHOPSzu QCD, Electroweak, Higgs etc.


ZUSÄTZLICHES MATERIAL


FREUD UND LEID DER QCD… am Beispiel eines HERA-Events. Ereignis-Kinematik

über das gestreute Elektron Strukturfunktionen


WO GEHT DER LHC WEITER?kinematischer Bereich der Strukturfunktionen

AuflösungQ2

Erweiterung des HERA-Bereichs um etwa vier Größenordnungen.Ein neuer Blick auf das Proton?

Impuls-anteil x

Der Bereich bis x=10-6 wird zugänglich werden.Verständnis der Partondynamik im Proton?

InvarianteMassen

Zustände mit Massen bis zu mehreren GeV werden direkt produziert.Resonanzen in Zweijet-Spektrum?


BEDEUTUNG DES BISHERIGENBeispiel: Higgs-Physik

Derzeitige PDF-Unsicherheit 10% Fehler auf Higgs-WQS!

Higgs-Zerfall H!

Verbesserung der PDFS durch HERA-II


PDFs BEI LHC Ist eine genaue Bestimmung denkbar?

Was soll ich hier schreiben?


PROBLEME … gibt es natürlich auch einige…

• Es fehlen höhere Ordnungen in der Störungsreihe! - NLO für Jet-Verteilungen; oft sind die theoretischen Unsicherheiten dominant. - resummierte Rechnungen für inklusivere Verteilungen. - Neuerdings Ansätze zur Kombination von NLO-Rechnungen mit Partonschauern.

• Tevatron-Messungen oft systematisch dominiert - Messungen an Hadronmaschinen sind schwierig!

• Struktur des Photons weitgehend unbekannt. - HERA-Messungen bei niedrigen Q2 schwierig.

• Partondynamik des Protons nicht wirklich verstanden – Annahmen! - DGLAP-Formalismus funktioniert hervorragend für F2, Jets. Aber kleine x? - BFKL-Ansatz als Alternative, aber Probleme mit der Implementation. - Kombination beider Ansätze (CCFM) vielversprechend. - unintegrierte Partonverteilungen? - Saturation?

• … und … - Bereich niedriger Skalen pQCD schwierig (niedrige Q2, ET)

Gute Bilder als Belege bringen.


LHC IM VERGLEICHLuminosität, Detektoren

Hauptunsicherheit: Unkenntnis der absoluten Jet-Energieskala.

LEP(OPAL)

LHC

Tevatron(CDF)

HERA(ZEUS)

Jetskala: 3% Effekt 5-10%.p/p ~ 2% 0.18%·p [GeV]

Jetskala Ziel: 1% (Wjj)EM: /E ~ 0.1/E [GeV] (ATLAS)

p/p ~ 0.5% 15%·p [TeV] (CMS)

Jetskala: 1-3% Effekt 5-10%.EM: E/E ~ 18%/E [GeV]p/pT ~ 0.65% 0.58%·pT [GeV]

Jetskala: 2-6% Effekt 10-X%p/pT ~ 0.17%·pT [GeV]

Luminositäten, Energien, Raten:

– see 209 GeV– BX = 22 s

– sep = 320 GeV– BX = 96 ns– L ~ 5·10^32 cm-2s-1.

– spp = 1960 GeV, BX = 396 ns– L ~ 10^32 cm-2s-1.

– spp = 14000 GeV– BX = 25 ns– L ~ 10^34 cm-2s-1.


DIE ZUKUNFT: DER LHCQCD-Studien bei höchsten Energien


FERMILAB, TEVATRON, CDF UND D0Proton-Antiproton-Kollisionen bei s=1.96 TeV


DIE EXPERIMENTE – AUSWAHL 2Proton-

DØ/TEVATRONØ/TEVATRON

H1/HERA/HERA


THE ZEUS EXPERIMENT … still going strong, even with new components!

But a lot of care-taking necessary to keep it going stably.

Microvertex tracker MVD installed 2001.

Starting to profit from it.

6m tagger starts tocontribute to:

- lumi measurement- FL determination

Freshly equipped FDET (STT):

Inclusive,heavy flavour, HFS measurements?


EVENTS IN ZEUS… our event display


DAS PROTON – DAS QCD-LABORErforschung der Protonstruktur in Streuexperimenten

qqi

qpi QQxfxQxF,

22/

22 ,,


DAS PROTON – DAS QCD-LABORErforschung der Protonstruktur bei HERA

qqi

qpi QQxfxQxF,

22/

22 ,,


DAS PROTON – DAS QCD-LABORErforschung der Protonstruktur in Streuexperimenten

qqi

qpi QQxfxQxF,

22/

22 ,,

Beschreibung Mithilfe von Strukturfunktionen, speziell F2 (elektromagnetische Gestalt des Protons); daraus Bestimmung der Partondichten fi/p:

),(~ 22 QxFd ep

Q2

x

Dynamikim Proton

Quarks strahlen Gluonen ab,Gluonen zerfallen in zwei Quarks:

Steigendes Auflösungsvermögen Q2 mehr Quarks mit kleinem x, immer mehr Gluonen, noch mehr Quarks! Abstrahlung S!

x1 x2<x1

Konsequenz

2222

22 ,,log

,QxgQxF

Qd

QxdFSS

Skalenverletzungen im Proton Kopplung S und Gluondichte!


WAS HEISST PRÄZISION?QCD-Messungen im Vergleich

GF

EM

MW,MZ

sin2eff

)46(0359991.137/14 02 ceEM

-253 GeV 10)1(16637.1/ cGF

Die Feinstrukturkonstante istauf 12 Stellen genau bekannt:

Die Fermi-Konstante ist auf0.0009% genau bekannt:

Der effektive Mischungswinkelist auf 0.065% genau bekannt:

)15(23120.0.0sin 2 eff

S

Die W- und Z-Masse sind zuca. 0.05 und 0.002% bekannt: 2

2

GeV/c )21(1876.91

GeV/c )38(425.80

Z

W

M

M

Die starke Kopplung istauf ca. 2% bekannt:

)20(1187.0)( ZS M

Ich möchte Ihnen demonstrieren dass die letzten Jahre dennoch enorme Fortschritte gebracht haben; wo die Begrenzungen und Probleme für bessere Genauigkeit liegen und was der LHC (Start 2007!) für die QCD bedeuten kann.


Maybe I want this?


MEHR JET-MESSUNGEN Universalität der Partondichten, Faktorisierung, …Wieder-holung

Alternativ

Jet-Wirkungsquerschnitt in ep, pp () benötigen als Input die Partondichten des Protons (Photons):

MCPartonen

MCHadronenTheorie

PartonenTheorieHadronen CC

mit

Abschätzung mithilfe von “power corrections” (Webber et al.): Hängen nur von universellem Parameter 0 ab:

Test an “Event Shape”-Variablen (Thrust, Broadening, C-Parameter …), die bei LEP und HERA gemessen wurden.

???

)1(0 ,,/

???

0 ,,/ )(ˆ)(ˆ

n gqqipi

nS

n gqqipi

nS dxxxff

Diese stammen im wesentlichen aus DIS/Drell-Yan/fixed-target-Experimenten!


FARBENFROHE ZUSTÄNDEHadronen im Anfangs- und Endzustand

LEP: QCD-Korrekturenzu EW, e,-Physik,Jets, Hadronen, S.

HERA: ep,p-Physik,Protonstruktur, Jets,

Hadronen, S.

Tevatron: pp-Physik,Jets, Hadronen, S.

e+

e–

e+

e–

e± e±,

p


BEDEUTUNG VON PRÄZISION?Beispiele Supersymmetrie, Higgs

LO,NLO NNLO

PDFs

S

• Höhere Ordnungen ändern Vorhersagen Beispiel: Interpretation des Higgs! (Higgs~mt

2 als Test des SM).

• Höhere Ordnungen reduzieren theoret. Unsicherheiten! PDF, Skalen, etc.

• Problem: Berechnungen verlangen Konsisten: S, PDF und Matrixelemente in gleicher Ordnung!


NEUE PHYSIK BEI LHC bla?


CERN, LEP UND DIE e+e--EXPERIMENTE Schwerpunktsenergien bis zu 209 GeV!

2000Beendet

km 5,27

GeV 20991

Umfang

s

100 200days into run0



km 3,6

TeV 96.1

Umfang

s


DESY, HERA, H1 UND ZEUSDer weltweit einzige Elektron-Proton-Collider in Hamburg

km 3,6

GeV 318

Umfang

s


CERN, LEP UND DIE e+e--EXPERIMENTE Schwerpunktsenergien bis zu 209 GeV!

2000Beendet

km 5,27

GeV 20991

Umfang

s

100 200days into run0



km 3,6

TeV 96.1

Umfang

s


QCD IM SCHNELLDURCHGANGblablabla

QCD Eichtheorie auf Basis der Gruppe SU(3)C zur Beschreibung der Phänomene der starken Wechselwirkung.

Eichbosonen sind acht masselose, farbgeladene Gluonen; der Kopplungsparameter wird S (“S” für “strong”) genannt.

Kopplung Nicht-abelsche Eichtheorie mit Selbstwechselwirkung der Gluonen QCD-Kopplung wird mit abnehmendem Abstand kleiner (asymptotische Freiheit, Nobelpreis 2004).

Vorhersagen ... mithilfe der Störungstheorie mit S als Entwicklungsparameter. Problem 1: Größe der Kopplung Konvergenz der Reihe?Problem 2: Begrenzte Berechenbarkeit der Koeffizienten Cn.

0n

nnS C

...1)/ln(

4)(

220

S

Bei großen Abständen wächst die Kopplung, die Kraft wird konstant “Confinement” farbgeladener Teilchen.


QCD-TESTS MIT JETSWie bestimmt man S mit Jets? (am Beispiel HERA)

???

)1(0 ,,/

???

0 ,,/ )(ˆ)(ˆ

n gqqipi

nS

n gqqipi

nS dxxxff

Partonische Matrixelemente.

Kopplung S

Partonverteilungen.Störungstheorie,Faktorisierung.


JETS ALS WICHTIGES QCD-TOOLPrinzip von QCD-Jet-Vorhersagen am Beispiel HERA

Störungs-theorie

???

0

.....n

nS

Der Wirkungsquerschnitt wird geschrieben als Reihenentwicklungin Potenzen des starken Kopplungsparameters S:

???

)1(0 ,,/

???

0 ,,/ )(ˆ)(ˆ

n gqqipi

nS

n gqqipi

nS dxxxff

Die Gewichte der Ordnungen n ergeben sich aus Faltung vonProtonstruktur (Partonverteilungen fi/p) und perturbativ berechenbaren Parton-Parton-Wechselwirkungen .

KollineareFaktorisierung

Feynman-Graphen

Jede Ordnung in S kann durch eine Reihe von Feynman-Diagrammen dargestellt werden:

0S

1S

2S


WAS HEISST PRÄZISION?QCD-Messungen im Vergleich

GF

EM

MW,MZ

sin2eff

)46(0359991.137/14 02 ceEM

-253 GeV 10)1(16637.1/ cGF

Die Feinstrukturkonstante istauf 12 Stellen genau bekannt:

Die Fermi-Konstante ist auf0.0009% genau bekannt:

Der effektive Mischungswinkelist auf 0.065% genau bekannt:

)15(23120.0.0sin 2 eff

S

Die W- und Z-Masse sind zuca. 0.05 und 0.002% bekannt: 2

2

GeV/c )21(1876.91

GeV/c )38(425.80

Z

W

M

M

Die starke Kopplung istauf ca. 2% bekannt:

)20(1187.0)( ZS M

Ich möchte Ihnen demonstrieren dass die letzten Jahre enorme Fortschritte gebracht haben; wo einige der Begrenzungen und Probleme liegen und was der LHC (Start 2007!) für die QCD bedeuten kann.

qcd-tests an beschleunigern

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