Two-loop chiral corrections to the neutral pion decay to electron-positron pair
| Thesis title in Czech: | Dvousmyčkové chirální korekce k rozpadu neutrálního pionu na elektron-pozitronový pár |
|---|---|
| Thesis title in English: | Two-loop chiral corrections to the neutral pion decay to electron-positron pair |
| Key words: | vzácny rozpad neutrálneho piónu na elektrón pozitrónový pár, efektívni teórie pola, chirální poruchová teorie, dvousmyčkové korekce, master integrály, přechodový form faktor piónu, moderní metody výpočtu amplitud |
| English key words: | rare decay of neutral pion to electron-positron pair, effective field theory, chiral perturbation theory, two-loop corrections, master integrals, pion transition form factor, modern methods of amplitude calculation |
| Academic year of topic announcement: | 2017/2018 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Institute of Particle and Nuclear Physics (32-UCJF) |
| Supervisor: | RNDr. Jiří Novotný, CSc. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 30.11.2017 |
| Date of assignment: | 05.12.2017 |
| Confirmed by Study dept. on: | 25.01.2018 |
| Date and time of defence: | 11.06.2019 09:00 |
| Date of electronic submission: | 10.05.2019 |
| Date of submission of printed version: | 10.05.2019 |
| Date of proceeded defence: | 11.06.2019 |
| Opponents: | Mgr. Marián Kolesár, Ph.D. |
| Guidelines |
| 1. Seznámit se se základními vlastnostmi kvantové chromodynamiky se třemi lehkými kvarky (spontánní narušení chirální symetrie, (pseudo)Goldstonovy bosony, kvarkový kondensát, chirální anomálie, limita velkého počtu barev, algebra proudů a nízkoenergetické teorémy)
2. Seznámit se s formalismem efektivních lagrangiánů v kvantové teorii pole a jeho aplikacemi na popis dynamiky (pseudo)Goldstonových bosonů (nelineární realizace grupy symetrie, chirální poruchová teorie, stromové přiblížení, vyšší smyčky a renormalizace, LEC) 3. Seznámit se s technikou výpočtu vícesmyčkových grafů (redukce tensorových integrálů na master integrály, relace IBP a LI, diferenciální rovnice) 4. Seznámit se s literaturou věnovanou fenomenologii rozpadu pi0->e+e- 5. Spočítat a s literaturou porovnat vybrané dvousmyčkové master integrály potřebné pro výpočet pionových smyčkových korekcí k rozpadu pi->e+e- |
| References |
| J. Gasser, H. Leutwyler Chiral perturbation theory: expansion in the mass of the strange quark, Nucl. Phys. B250 (1985) 465
A.E. Dorokhov, Recent results on rare decay pi0-->e+e-, Nucl.Phys.Proc.Suppl. 181-182 (2008) 37-41, arXiv:0805.0994 A.E. Dorokhov, M.A. Ivanov, Rare decay pi0-->e+e-: theory confronts KTeV data, Phys.Rev. D75 (2007) 114007, arXiv:0704.3498 L. Bergstroem, Radiative corrections to pseudoscalar meson decays, Z. Phys. C20 (1983), 135 M. Knecht et.al., Decay of pseudoscalars into lepton pairs and large-Nc QCD, Phys.Pev.Lett.83 (1999)5230 S. Weinzierl, The art of computing loop integrals, arXiv:0604068 C. Anastasiou, A. Lazopoulos, Automatic integral reduction for higher order perturbative calculations, JHEP 0407 (2004) 046 P. Vaško, J. Novotný, Two-loop QED radiative corrections to the decay pi0 -> e+ e- : The virtual corrections and soft-photon bremsstrahlung, JHEP 1110 (2011) 122, arXiv:1106.5956 [hep-ph] |
| Preliminary scope of work |
| Rozpad pi0-->e+e- představuje proces, který je zajímavý z několika důvodů. Předně nabízí možnost testovat nízkoenergetickou dynamiku standardního modelu (spec. QCD) v oblasti použitelnosti chirální poruchové teorie, jejího rozšíření o nízko ležící rezonance a aproximací založených na limitě velkého počtu barev. Dále, v současné době se podstatně zvýšila přesnost experimentů umožňujících testovat teoretické predikce, zejména v souvislosti s nedávnými výsledky experimentu E799-II@KTeV. Poslední výsledky byly původně intepretovány jako rozpor mezi teorií a experimentem na úrovni 3.3 standardní odchylky, což mohlo být náznakem případné nové fyziky za standardním modelem. Nedávný výpočet dvousmyčkových QED korekcí a bremsstrahlungu, který indikuje přiblížení teoretické předpovědi experimentálním datům, by bylo vhodné doplnit započtením příspěvků pionových smyček a získat tak kompletní předpověď pro rozpadovou šířku v rámci chirální poruchové teorie s dynamickými fotony a leptony. Cílem práce je spočítat (část) těchto korekcí exaktně do dvou smyček s využitím moderních metod pro výpočty amplitud. |
| Preliminary scope of work in English |
| The pi0-->e+e- decay is a process which is interesting for several reasons. First, it offers a possibility to test the low-energy dynamics of the standard model (namely QCD) in the region of applicability of Chiral perturbation theory and its extension by means of introducing low-lying resonances or using large Nc approximation. Second, the accuracy of experiments has increased recently allowing to test the theoretical predictions, namely in connection with the recent results of the KTeV E799-II experiment. The latter has been originally interpreted as a 3.3 standard deviation discrepancy between the theory and experiment which could be a signal for new physics beyond the standard model. Recent calculation of the two-loop QED corrections and bremsstrahlung indicates a tendency towards agreement of the experimental data with the predictions. It would be desirable to add to these calculations the contribution of the pion loops in order to get a complete two-loop chiral perturbation theory prediction. The aim of the thesis is to calculate (part of) the radiative corrections exactly to two loops using modern methods for amplitude calculations. |