Higher Order Studies in Perturbative QCD

Abstract

Der Schwerpunkt der vorliegenden Doktorarbeit liegt in der Phänomenologie der hochenergie Kern- und Teilchenphysik. Mittels theoretischen Studien wurden Prozesse untersucht, die ein besseres Verständnis der Physik an Hadronbeschleunigern, wie den LHC oder RHIC liefern. Zusätzlich wurden Hadron-Lepton-Prozesse untersucht, die für Experimente wie am JLab oder bei HERMES, COMPASS und einem zukünftigenEIC relevant sind.

Im Vortrag wird eine Rechnung zur ”single-inclusive” Hadron- und Jet-Produktion in Lepton-Hadron-Streungin nächst-zu führender Ordnung (NLO) vorgestellt. Im Gegensatz zum herkömmlichen DIS-Prozess wird das Lepton im Endzustand nicht beobachtet. Die kollineare Divergenz welche durch den Photon-Propagator hervorgerufen wird benötigt besondere Aufmerksamkeit. Die Divergenz kann entweder in eine Photon in Lepton Verteilung absorbiert oder durch ein massives Lepton komplett vermieden werden. Wir konnten zeigen, dass im Gegensatz zur bisherigen Literatur der Wirkungsquerschnitt nicht durch beinahe reelle Photonen dominiert wird. Die analytischen Ergebnisse der Jet-Produktion wurden in der sogenannten ”Narrow Jet Approximation” durchgeführt und nehmen die annähernd korrekte Abhängigkeit des Jet-Parameters R bis zu R ∼ 0.7 an. Desweiteren wurden phänomenologische Studien für aktuelle und zukünftige Experimente, wie den Electron-Ion-Collider (EIC) durchgeführt.

Neben der unpolarisierten NLO Rechnung wird eine Rechung vorgestellt, bei dem das einlaufende Hadron oder Nukleon transversal polarisiert ist. Im transversal polarisierten Streuprozess bei Experimenten am JLab und HERMES wurden azimuthale Asymmetrien beobachtet. Ein Zugang um diese einfach transversalen Spin Asymmetrien (SSA) zu beschreiben bietet der sogenannte Twist-3 Quark-Gluon Korrelationsfunktionsansatz. Bisher gelang es nur diesen Prozess zur führenden Ordnung zu berechnen. Im Allgemeinen wurden SSA-Observablen nur in stärker inklusiven Prozessen jenseits der führenden Ordnung bestimmt. Die experimentellen Daten für den Prozess werden durch die existierenden LO Ergebnissen nur sehr schlecht beschrieben. Eines der Ziele der vorliegenden Doktorarbeit war es Methoden zu entwickeln um diesen Prozess zur nächst führenden Ordnung zu berechnen. Der polarisierte Wirkungsquerschnitt besteht aus einigen Beiträgen, wobei deren Berechnung außerordentlich schwierig ist. In der vorliegenden Arbeit beschäftigen wir uns mit dem sogenannten Soft-Gluon-Pol-Beitrag, welcher von Konfigurationen hervorgerufen wird, indem das zusätzliche Twist-3 Gluon weich wird. Wir entwickelten Methoden um NLO Korrekturen für den Soft-Gluon-Pol-Beitrag in diesem Prozess zu berechnen.