Automatization of one-loop diagram calculation by unitarity methods: the six-photon amplitudes.
Systematisation d'un calcul de boucle par les méthodes d'unitarité : application au processus à six photons.
Résumé
The discovery of new physics, which leads to new particles, at the LHC can be done if the background is known accurately. It is often made up by many multi-particles processes, which have to be calculated at NLO to have a reliable prediction. Yet standard methods are not efficient enough to compute loops with at least five external legs. Nevertheless, new methods, based of the two fondamental principles of physics: unitarity and causality, have been developed.
The aim of this thesis is to combine the helicity amplitude method and those unitarity methods to create a systematic procedure to calculate a one-loop diagram. This procedure have been applied the six-photon amplitudes with a massless fermion loop, and extended, in some case to a massive loop. The compactness of the result is the proof of the efficiency of this method.
Those compact results lead to the study of special Landau singularities: the double parton scattering. It corresponds to a kinematical configuration where the virtual loop tends to two real juxtaposed scattering processes. In the case of the six-photon amplitudes, those singularities do not create divergences.
The cross section of the six-photon amplitudes have been computed numerically in existing collider energies.
The aim of this thesis is to combine the helicity amplitude method and those unitarity methods to create a systematic procedure to calculate a one-loop diagram. This procedure have been applied the six-photon amplitudes with a massless fermion loop, and extended, in some case to a massive loop. The compactness of the result is the proof of the efficiency of this method.
Those compact results lead to the study of special Landau singularities: the double parton scattering. It corresponds to a kinematical configuration where the virtual loop tends to two real juxtaposed scattering processes. In the case of the six-photon amplitudes, those singularities do not create divergences.
The cross section of the six-photon amplitudes have been computed numerically in existing collider energies.
La découverte de nouvelles physiques, grâce à la détection de nouvelles particules au LHC, pourra être effectuée si le bruit de fond est bien connu. La plupart du temps il est constitué d'un grand nombre de processus multi-particules, et pour avoir une prédiction fiable, il faut le calculer à l'ordre au delà des logarithmes dominants, qui nécessite le calcul de diagrammes à une boucle. Par des méthodes classiques de réduction, il devient difficile de calculer ces diagrammes avec plus de cinq pattes externes. Néanmoins, de nouvelles techniques de calcul de boucles ont été développées. Elles sont basées sur deux principes fondamentaux de la physique: l'unitarité et la causalité.
Cette thèse consiste à combiner la méthode des amplitudes d'hélicités et les méthodes d'unitarité pour créer une procédure systématique de calcul d'amplitude d'un diagramme à une boucle. Cette procédure a été appliquée à l'amplitude à six photons avec une boucle de fermions non massifs puis généralisée, dans certains cas, avec une boucle massive. Les résultats très compacts obtenus sont la preuve de la puissance de cette méthode.
D'autres part ces résultats compacts ont permis l'étude des singularités de Landau particulières aux processus à six pattes externes sans masse: le "double parton scattering". Elles correspondent à une configuration cinématique particulière dans laquelle la boucle virtuelle tend vers deux sous processus physiques d'annihilations. Dans le cas du processus à six photons, ce type de singularités n'engendre pas de divergences.
La section efficace du processus à six photons dans des cas réels a été calculée numériquement.
Cette thèse consiste à combiner la méthode des amplitudes d'hélicités et les méthodes d'unitarité pour créer une procédure systématique de calcul d'amplitude d'un diagramme à une boucle. Cette procédure a été appliquée à l'amplitude à six photons avec une boucle de fermions non massifs puis généralisée, dans certains cas, avec une boucle massive. Les résultats très compacts obtenus sont la preuve de la puissance de cette méthode.
D'autres part ces résultats compacts ont permis l'étude des singularités de Landau particulières aux processus à six pattes externes sans masse: le "double parton scattering". Elles correspondent à une configuration cinématique particulière dans laquelle la boucle virtuelle tend vers deux sous processus physiques d'annihilations. Dans le cas du processus à six photons, ce type de singularités n'engendre pas de divergences.
La section efficace du processus à six photons dans des cas réels a été calculée numériquement.
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