Die Jet-Produktion bei Hadron-Kollisionen

Hochenergie-Protonen-Protonen-Kollisionen, die im LHC erfolgen, erzeugen äußerst energetische Quarks und Gluonen. Während sich diese elementaren Teilchen weg von der Kollisionsstelle bewegen, emittieren diese weitere Gluonen, die sich in weitere Quarks und Gluonen spalten können. Dies führt zu relativ dichten Teilchenjets.

LHC-Messungen werden oftmals in Kategorien mit einer bestimmten Anzahl an Jets zu energetischen Hadronen getrennt. Ein EU-finanziertes Team untersuchte die Effekte der Jet-Kategorisierung, welches sich auf die Genauigkeit auswirkt, mit der Kopplungen von Standardmodellteilchen an Higgs-Teilchen extrahiert werden. Einer der spannendsten Aspekte von Higgs-Teilchen im Standardmodell ist, dass die Kopplungen an alle anderen Teilchen feststehen. Jede Abweichung von diesem Bild deutet auf neue und unbekannte physikalische Zustände hin.

Im Rahmen des Projekts PRECISIONJETS4LHC (Precise predictions for Higgs and new physics signals with jets at the Large Hadron Collider) wandten Physiker unter Nutzung der ausgezeichneten Leistung der LHC-Detektoren Resummationsverfahren an, um die Beschreibung von Jets bezüglich Higgs-Teilchen und Suchen im Bereich der neuen Physik zu verbessern. Die Theorie SCET (soft-collinear effective theory) bietet einen effizienten Rahmen für Resummationen in höheren Ordnungen.

Die Jet- und Strahlenfunktionen des SCET-Rahmens beschreiben die Strahlung im ursprünglichen und finalen Zustand. Die Physiker zeigten, dass diese ohne Weiteres für die der geltenden Ordnung nachfolgenden Ordnung berechnet werden konnten. Bei der nächsthöheren Ordnung wurde die Quarkjetfunktion reproduziert und die fragmentierte Quarkjetfunktion erstmalig berechnet.

Die Physiker verbesserten zudem unter Anwendung von Resummations- und Faktorisierungsverfahren die Beschreibung der Jet-Unterstruktur, anstatt ausschließlich auf Monte-Carlo-Simulationen zu setzen. Diese Maßnahme war speziell auf die Winkligkeit, Ladung und Masse der Jets ausgerichtet; und die Ergebnisse wurden mit den Messungen der LHC-Detektoren verglichen.

Die Erzeugung hadronischer Jets bei Protonen-Protonen-Kollisionen zählt zu den grundlegendsten Prozessen im LHC. Sie stellen einen Grundpfeiler des Standardmodells für zahlreiche Prozesse der neuen Physik dar. Die Projektergebnisse werden bei zukünftigen Maßnahmen zu einer korrekten Berechnung von Strahlen und wichtiger Jets beitragen, um hadronische Finalzustände im LHC besser verstehen zu können.