Precision calculations for gamma gamma -> 4 fermions and H -> WW/ZZ -> 4 fermions

In dieser Arbeit werden Präzisionsrechnungen für die Prozesse gamma
gamma -> 4 Fermionen und H -> WW/ZZ -> 4 Fermionen
vorgestellt. An einem gamma-gamma-Collider werden wegen des großen
Wirkungsquerschnitts genaue theoretische Vorhersagen für die
Prozesse gamma gamma -> WW -> 4f benötigt. Mittels dieser
Prozesse lassen sich unter anderem die Eichboson-Kopplungen
gamma-W-W und gamma-gamma-W-W messen. Außerdem wird über virtuelle
geladene, massive Teilchen die Reaktion gamma gamma -> H ->
WW/ZZ -> 4f ermöglicht. Auf diese Weise läßt sich die Kopplung
gamma-gamma-H messen, und relativ schwere Higgs-Bosonen könnten
erzeugt werden. Für Massen MH > 135 GeV zerfällt das Higgs-Boson
hauptsächlich über W- und Z-Bosonen in vier Fermionen. Bei der
kinematischen Rekonstruktion dieser Zerfälle spielen
Quanten-Korrekturen, insbesondere Photon-Bremsstrahlung, eine
wichtige Rolle. Die Einbeziehung der Zerfälle der Eichbosonen in
Fermionen ist zum einen wichtig, weil unterhalb von MH ≈ 2MW/MZ
„off-shell“-Effekte der Eichbosonen berücksichtigt werden müssen.
Zum anderen lassen sich mit Hilfe von Winkel- und
Energie-Verteilungen der Fermionen der Spin und die
CP-Eigenschaften des Higgs-Bosons bestimmen. Besonders geeignet für
den Vergleich theoretischer Vorhersagen mit experimentellen Daten
sind Monte-Carlo-Generatoren. Für die Prozesse gamma gamma -> 4f
und H -> WW/ZZ -> 4f werden solche Programme konstruiert. Sie
liefern zum einen die kompletten Vorhersagen in niedrigster Ordnung
der Störungstheorie. Zum anderen enthalten sie Quanten-Korrekturen,
die sich unterteilen lassen in reelle Korrekturen, welche durch
Photon-Bremsstrahlung gegeben sind, und virtuelle Korrekturen.
Während die virtuellen Quanten-Korrekturen zu gamma gamma -> WW
-> 4f in der Doppel-Pol-Näherung berechnet werden, in der nur
die doppelt resonanten Beiträge berücksichtigt werden, werden zu
den Prozessen H -> WW/ZZ -> 4f die kompletten
Quantenkorrekturen der Ordnung O(alpha) berechnet. Für die
Behandlung der in den virtuellen und reellen Korrekturen
auftretenden infraroten Divergenzen („soft“ und „collinear“) wird
wahlweise die Dipol-Subtraktions-Methode oder die
Phase-Space-Slicing-Methode verwendet. Nicht bei allen Observablen
müssen sich die bei kollinearer Photon-Abstrahlung auftretenden
Massen-Singularitäten gegenseitig aufheben. Um auch solche
nicht-kollinear-sichere Observablen untersuchen zu können, wird die
Dipol-Subtraktions-Methode diesbezüglich erweitert. Die Diskussion
der numerischen Ergebnisse umfasst den Einfluss eines realistischen
Photon-Spektrums auf die Wirkungsquerschnitte, das Potential eines
gamma-gamma-Colliders, Grenzen an anomale Eichboson-Kopplungen zu
setzen, sowie verschiedene Verteilungen in der Invarianten Masse,
in der Energie und in Winkeln, die für eine Rekonstruktion der
Eichbosonen und die Bestimmung der Eigenschaften des Higgs-Bosons
genutzt werden können.