11 Produção difrativa de quarks pesados em colisões nucleares no LHC * Mairon Melo Machado GFPAE...

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Produção difrativa de quarks pesados em

colisões nucleares no LHC *

Mairon Melo MachadoGFPAE – IF – [email protected]

* Trabalho realizado com Maria Beatriz Gay Ducati e Magno V. T. Machado

Phys.Rev.D81:054034 (2010)

2

Motivações Calcular processos difrativos na região de pequeno-x

Pomeron com subestrutura (PDFs)

Modelo Ingelman-Schlein

Não descreve dados

Correções absortivas espalhamento de múltiplos Pomerons

Novos resultados para produção de quarks pesados

ENAF – Rio de Janeiro 2010

CERN

França

Suíça

LHC

33

Seção de choque para produção de quarks pesados (HQ) densidades gluônicas 1

Uso de PDFs e equações em ordem seguinte à dominante (NLO)

Probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez para colisões nucleares

HQ sinais importantes para nova física

Motivações

BBH BBgg sinal background

Estimar taxa difrativa para produção de quarks pesados em colisões nucleares para o LHC em NLO


1 M. B. Gay Ducati, M. M. Machado, M. V. T. Machado, PRD 75, 114013 (2007)

4

Introdução

MésonsBárions

Hádrons

Elétron

Múon

Tau

neutrinos

Férmions

Léptons

3 quarks 2 quarks

próton / nêutron π, ρ

Próton (carga +1)

Teoria da interação Cromodinâmica Quântica (QCD)

Altas energias glúons

Bósons

Fóton (eletromagnético)

W e Z (eletrofraco)

Glúon (força forte)

Quarks spin = ½

Sabor Massa GeV/c2

Carga


5

Difração

Teoria de Regge troca de um Pomeron com

números quânticos do vácuo

Natureza do Pomeron e mecanismos de interação

não conhecido completamente 2

Uso de espalhamento duro

conteúdo de quarks e glúons no Pomeron

Aumento no conhecimento sobre o Pomeron

Distribuições de quarks e glúons no Pomeron

Função de estrutura difrativaENAF – Rio de Janeiro 2010

2 P. D. Collins, An Introduction to Regge Theory and High Energy Physics (1977)

66

Ausência de energia hadrônica em uma determinada região angular do espaço de fase final

Difração simples

Pomeron emitido por um dos hádrons

Pártons do Pomeron interagem com pártons do outro hádron

Eventos difrativos

Modelo de Ingelman-Schlein 3

Difração simples

lacuna

Lacuna de rapidez


3 G. Ingelman and P. Schlein, Phys. Lett. 152B (1985) 256.

77

Função de estrutura do Pomeron

Parametrização para o fator de fluxo e função de estrutura

Parâmetro normalizado

mp = massa do próton

Parâmetro Valor

α’IPBIP

α(0)

2+ GeV

0.190.060.06

2+ GeV

2.00.75.5

8.1Normalizado para

H1 Collaboration 4


4 H1 Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) 715

88

Gap

• Descrita em termos de correções de absorção

Múltiplos Pomeron

• <|S|2> probabilidade de sobrevivência

da lacuna de rapidez (GSP)

• A(s,b) amplitude do processo difrativo de interesse particular

• PS(s,b) probabilidade de que não ocorram interações inelásticas

entre as partículas remanescentes

Probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP)

22

22

2

|b)A(s,|bd

s)(b,P|b)A(s,|bd|>S|

s


99

• Vários modelos na literatura 5

• Resultados considerando o modelo KKMR para os valores de Tevatron e LHC

Modelos para valor de GSP

• Principal incerteza teórico em nossos cálculos

seções de choque e razões sensíveis ao valor de GSP considerado

(%)


5 E. Gotsman, E. Levin, U. Maor and A. Prygarin, arXiv:hep-ph/0511060

1010

o Estudo dos processos de difração simples 6

Hadroprodução de quarks pesados

o Razões difrativas em função da energia de centro-de-massa ECM

X+cc+ppp X+bb+ppp

o Diagramas contribuindo para seção de choque em ordem dominante (LO)

Q+Qg+g


6 M. L. Mangano et al, Nucl. Phys. B 373, 295 (1992)

1111

Hadroprodução LOSeção de choque total

Seção de choque partônica 7

distribuições de pártons dentro do hádron i=1 e j=2

Escala de fatorização (renormalização) RF μμ

constante de acoplamento

x1,2 são as frações de momentum dos pártons

sxx 21 s


7 M. L. Mangano, P. Nason, G. Ridolfi Nucl. Phys. B373 (1992) 295

1212

Seção de choque partônica

N = 3 (4) para charm (bottom)

m é a massa do quark pesado

V=N 2− 1


1313

Produção NLOg+Q+Qg+g

Constante de acoplamento

n1f = 3 (4) charm (bottom)


1414

Funções NLO

a00.108068

a1-0.114997

a20.0428630

a30.131429

Usando um ajuste com os dados ao invés do resultado numérico integrado 8

a40.0438768

a5-0.0760996

a6-0.165878

a7-0.158246

Erro de menos de 1%


8 P. Nason, S. Dawson, R. K. Ellis Nucl. Phys. B303 (1988) 607

1515

Funções NLO

Funções auxiliares


1616

Seção de choque difrativa

Fator de fluxo do Pomeron 9

Função de estrutura do Pomeron (H1)

β=xxIP

Modelo KKMR <|S|2> = 0.06 para eventos de difração simples no LHC 10


9 H1 Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) 715

10 V. A. Khoze, A. D. Martin, M. G. Ryskin, Eur. Phys. J. C18, 167 (2000)

1717

Produção nuclear de quarks pesados

Caso inclusivo 11

ACa = 40 (6.3 TeV) APb = 208 (5.5 TeV)

Processo incoerente um dos nucleons no núcleo emite um Pomeron

Processo coerente núcleo emite um Pomeron

Dependência na energia e no número atômico

A+[LRG]+A+XA+A

*A+[LRG]+A+XA+A

Caso difrativo 12


11 N. M. Agababyan et al Phys. Atom. Nucl. 62, 1572 (1999)

12 K. Tuchin, arXiv:0812.1519v2 [hep-ph] (2009)

1818

qq vs. gg

• Seção de choque inclusiva e difrativa

• Hadroprodução charm-anticharm

• Contribuição da aniquilação qq não importante para altas energias

• Seção de choque difrativa sem GSP

• Mc = 1.5 GeV

Colisões pp


1919

Comparação difrativa

• Seções de choque difrativa para hadroprodução bottom-antibottom

• Contribuição relevante do valor de GSP aplicado na

seção de choque total

• <|S|2> = 0.06

• Mb = 4.7 GeV

Colisões pp


2020

Comparação LO e NLO

• Predições para seções de choque inclusiva em colisões pp

• Seção de choque NLO 1.5 > seção de choque LO em altas energias


2121

Seções de choque nuclear inclusiva em NLO

ACa = 40 (6.3 TeV)

APb = 208 (5.5 TeV)

ApPb = 8.8 TeV

Resultados para produção de quarks pesados no LHC

Seções de choque em NLO para hadroprodução de quarks pesados

Valor da GSP diminui a razão difrativa (<|S|2> = 0.06)


difrativo

difrativo

S2 = 3,22 (%)

S2 = 3,11 (%)

S2 = 2,87 (%)

2222

Resultados coerente

Predições para seção de choque em uma região possível de ser verificada experimentalmente

Razão difrativa muito pequena


Seção de choque Inclusiva

2323

Resultados incoerente

Não existe valores de <|S|2> para eventos de difração simples em colisões AA

Estimativas para produção central de Higgs 13 <|S|2> ~ 8 x 10-7

Valores da seção de choque difrativa em região possível de ser verificada experimentalmente


13 E. Levin; J. Miller arXiv:0801.3593v1 [hep-ph] (2008)

2424

Resultados duplo difrativo


Energia (TeV)

Diffcharm (μb) Rcharm (%) Diffbottom (μb) Rbottom (%)

5.5 31,09 1,6 x 10-4 0,32 4 x 10-6

6.3 22,84 3 x 10-4 0,25 8 x 10-5

8.8 22,63 2 x 10-3 0,28 4,9 x 10-4

Não existe valores de <|S|2> para eventos duplo difrativos em colisões AA

Valores da seção de choque difrativa em região possível de ser verificada experimentalmente

2525

Conclusões• Predições teóricas para produção inclusiva, difração simples e difração

dupla para a produção de quarks pesados nas energias do LHC em colisões pp e AA

• Estimativas para seções de choque em função da energia de centro de massa ECM

• Razão difrativa calculada usando modelo Ingelman-Schlein e correções de absorção (NLO)

• Não existe predições para <|S|2> em colisões nucleares

• Contribuição importante dos valores absolutos das correções absortivas

• Seção de choque difrativa para colisões AA em região possível de ser verificada experimentalmente

• Cálculo da probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez em colisões nucleares é fundamental


2626

COMPARAÇÃO COM DADOS


2727

A BATALHA CONTINUA!!!!


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