Authors:	Bauer, Torsten
Title:	Anwendungen des Komplexe-Masse-Renormierungsschemas in effektiver Feldtheorie
Online publication date:	20-Jul-2012
Year of first publication:	2012
Language:	german
Abstract:	Der erste Teil der vorliegenden Dissertation befasst sich mit der Untersuchung der perturbativen Unitarität im Komplexe-Masse-Renormierungsschema (CMS). Zu diesem Zweck wird eine Methode zur Berechnung der Imaginärteile von Einschleifenintegralen mit komplexen Massenparametern vorgestellt, die im Grenzfall stabiler Teilchen auf die herkömmlichen Cutkosky-Formeln führt. Anhand einer Modell-Lagrangedichte für die Wechselwirkung eines schweren Vektorbosons mit einem leichten Fermion wird demonstriert, dass durch Anwendung des CMS die Unitarität der zugrunde liegenden S-Matrix im störungstheoretischen Sinne erfüllt bleibt, sofern die renormierte Kopplungskonstante reell gewählt wird. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Anwendungen des CMS in chiraler effektiver Feldtheorie (EFT). Im Einzelnen werden Masse und Breite der Deltaresonanz, die elastischen elektromagnetischen Formfaktoren der Roperresonanz, die elektromagnetischen Formfaktoren des Übergangs vom Nukleon zur Roperresonanz sowie Pion-Nukleon-Streuung und Photo- und Elektropionproduktion für Schwerpunktsenergien im Bereich der Roperresonanz berechnet. Die Wahl passender Renormierungsbedingungen ermöglicht das Aufstellen eines konsistenten chiralen Zählschemas für EFT in Anwesenheit verschiedener resonanter Freiheitsgrade, so dass die aufgeführten Prozesse in Form einer systematischen Entwicklung nach kleinen Parametern untersucht werden können. Die hier erzielten Resultate können für Extrapolationen von entsprechenden Gitter-QCD-Simulationen zum physikalischen Wert der Pionmasse genutzt werden. Deshalb wird neben der Abhängigkeit der Formfaktoren vom quadrierten Impulsübertrag auch die Pionmassenabhängigkeit des magnetischen Moments und der elektromagnetischen Radien der Roperresonanz untersucht. Im Rahmen der Pion-Nukleon-Streuung und der Photo- und Elektropionproduktion werden eine Partialwellenanalyse und eine Multipolzerlegung durchgeführt, wobei die P11-Partialwelle sowie die Multipole M1- und S1- mittels nichtlinearer Regression an empirische Daten angepasst werden. In the first part of the this doctoral thesis the perturbative unitarity in the complex-mass scheme (CMS) is analysed. To that end a procedure for calculating cutting rules for loop integrals containing propagators with finite widths is presented. A toy-model Lagrangian describing the interaction of a heavy vector boson with a light fermion is used to demonstrate that the CMS respects unitarity order by order in perturbation theory provided that the renormalized coupling constant remains real. The second part of the thesis deals with various applications of the CMS to chiral effective field theory (EFT). In particular, mass and width of the delta resonance, elastic electromagnetic form factors of the Roper resonance, form factors of the nucleon-to-Roper transition, pion-nucleon scattering, and pion photo- and electroproduction for center-of-mass energies in the region of the Roper mass are calculated. By choosing appropriate renormalization conditions, a consistent chiral power counting scheme for EFT with resonant degrees of freedom can be established. This allows for a systematic investigation of the above processes in terms of an expansion in small quantities. The obtained results can be applied to the extrapolation of corresponding simulations in the context of lattice QCD to the physical value of the pion mass. Therefore, in addition to the Q^2 dependence of the form factors, also the pion-mass dependence of the magnetic moment and electromagnetic radii of the Roper resonance is explored. Both a partial wave decomposition and a multipole expansion are performed for pion-nucleon scattering and pion photo- and electroproduction, respectively. In this connection the P11 partial wave as well as the M1- and S1- multipoles are fitted via non-linear regression to empirical data.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2074
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-31762
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	188 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen