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

In dieser Arbeit werden Prazisionsrechnungen fur die Prozesse gamma gamma -> 4 Fermionen und H -> WW/ZZ -> 4 Fermionen vorgestellt. An einem gamma-gamma-Collider werden wegen des grosen Wirkungsquerschnitts genaue theoretische Vorhersagen fur die Prozesse gamma gamma -> WW -> 4f benotigt. Mittels dieser Prozesse lassen sich unter anderem die Eichboson-Kopplungen gamma-W-W und gamma-gamma-W-W messen. Auserdem wird uber virtuelle geladene, massive Teilchen die Reaktion gamma gamma -> H -> WW/ZZ -> 4f ermoglicht. Auf diese Weise last sich die Kopplung gamma-gamma-H messen, und relativ schwere Higgs-Bosonen konnten erzeugt werden. Fur Massen MH > 135 GeV zerfallt das Higgs-Boson hauptsachlich uber W- und Z-Bosonen in vier Fermionen. Bei der kinematischen Rekonstruktion dieser Zerfalle spielen Quanten-Korrekturen, insbesondere Photon-Bremsstrahlung, eine wichtige Rolle. Die Einbeziehung der Zerfalle der Eichbosonen in Fermionen ist zum einen wichtig, weil unterhalb von MH ≈ 2MW/MZ „off-shell“-Effekte der Eichbosonen berucksichtigt werden mussen. 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 fur den Vergleich theoretischer Vorhersagen mit experimentellen Daten sind Monte-Carlo-Generatoren. Fur 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 Storungstheorie. Zum anderen enthalten sie Quanten-Korrekturen, die sich unterteilen lassen in reelle Korrekturen, welche durch Photon-Bremsstrahlung gegeben sind, und virtuelle Korrekturen. Wahrend die virtuellen Quanten-Korrekturen zu gamma gamma -> WW -> 4f in der Doppel-Pol-Naherung berechnet werden, in der nur die doppelt resonanten Beitrage berucksichtigt werden, werden zu den Prozessen H -> WW/ZZ -> 4f die kompletten Quantenkorrekturen der Ordnung O(alpha) berechnet. Fur 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 mussen sich die bei kollinearer Photon-Abstrahlung auftretenden Massen-Singularitaten gegenseitig aufheben. Um auch solche nicht-kollinear-sichere Observablen untersuchen zu konnen, wird die Dipol-Subtraktions-Methode diesbezuglich 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 fur eine Rekonstruktion der Eichbosonen und die Bestimmung der Eigenschaften des Higgs-Bosons genutzt werden konnen.