Processos eletrofracos de corrente carregada em altas energias (*) Mairon Melo Machado Orientadora:...

$: Processos eletrofracos de corrente carregada em altas energias (*) Mairon Melo Machado Orientadora: Maria Beatriz Gay Ducati Co-orientador: Magno V. T.$
Processos eletrofracos de corrente carregada em altas

energias (*)

Mairon Melo MachadoOrientadora: Maria Beatriz Gay Ducati

Co-orientador: Magno V. T. Machado (UNIPAMPA)

IF – UFRGS

www.if.ufrgs.br/gfpae

04/05/2007

(*) CNPqDissertação de Mestrado

Tópicos

Funções de estrutura Produção difrativa

• Espalhamento profundamente inelástico

• Cromodinâmica quântica

• Modelo de dipolos

• Resultados

• Espalhamento difrativo

• Modelo de Ingelman-Schlein

• Correções de múltiplos Pomerons (GSP) (DGM e KMR)

• Resultados

Processos eletrofracos de corrente carregada

(interação através do W e produção de W)

Mairon Machado – Dissertação de Mestrado – GFPAE – IF – UFRGS -04/05/2007

Mairon Machado – Dissertação de Mestrado – GFPAE – IF – UFRGS – 04/05/2007

Motivações

Espalhamento neutrino-nucleon

Estudar as funções de estrutura, as quais determinam as distribuições de quarks de mar, valência e glúons nos nucleons

Comparação entre dados e fenomenologia investiga a universalidade das distribuições partônicas

Importante papel nos estudos de raios cósmicos de altas energias em astropartículas


• Virtualidade

• Inelasticidade

• Energia de centro de momentum

• Energia do fóton virtual

• Massa invariante total

• Variável de Bjorken

Espalhamento Profundamente Inelástico (DIS) Cinemática

2)( kPs

MQMqPW 2)( 2222

M

Qx

2

2

EkP

qPy

.

.

npM

qP

/

.

22 qQ

22 )'()'( kkPPt 22 )'()'( PkPku

Variáveis de Mandelstam


Cromodinâmica Quântica (QCD)

Dinâmica de quarks e glúons (interações fortes)

Carga de cor

Quarks Glúons

Confinamento em baixas energias

Liberdade assintótica em altas energias

1,...,1 2 cNa Índice de cor indicando o número de glúons, fabc são as constantes de estrutura e Nc é o número de cores

Tensor intensidade

Quarks spin = ½ 0

Sabor Massa GeV/c2

Carga

u up 0.003 2/3

d down 0.006 -1/3

c charm 1.3 2/3

s strange 0.1 -1/3

t top 175 2/3

b bottom 4.8 -1/3


Pártons Nucleons são compostos por pártons

Nucleons compostos por três quarks chamados quarks de valência

Resultados experimentais mostram que parte do momentum total do nucleon é portada pelos quarks

Momentum faltante atribuído aos glúons

Responsáveis pela ligação dos quarks


Distribuições de quarks Glúons emitem um par quark-antiquark, alterando o conteúdo de

quarks no nucleon

Quarks gerados por esta emissão são chamados quarks de mar

Conteúdo de quarks é determinada pela soma de quarks de valência e quarks de mar


Saturação Partônica Limite de Froissart

Distribuições partônicas apresentam crescimento na região de altas energias (pequeno x)

Escala de saturação Qs depende da função de distribuição de glúons xG (x,q2)

Efeitos de recombinação devem ser considerados (GLR, AGL)

Saturação partônica

s2ln


1) Termo dominante na reação NC é a fusão Z0-glúon

enquanto em espalhamento CC é a fusão W+, W- -glúon

2) Altas energias produção de quarks pesados (charm e strange)

3) Possível de ser calculado pelo formalismo de dipolos

Interações do neutrino Z0 Corrente Neutra (NC);

W+, W- Corrente Carregada (CC)

qqgZ 0

'qqgW

( + ) para spin e momentum linear paralelos e mesmo sentido (R)

( - ) para spin e momentum linear paralelos e sentido oposto (L)helicidade

qqgW '


Espalhamento neutrino-nucleon

Seção de choque em termos das funções de distribuição

é a constante de Fermi,

321

22)(,

21

212

2xF

yyF

E

xymyxF

yEmG

dxdy

d NNFN

-2-5 GeV 1.166.10FG

mN é a massa do nucleon, Ev é a energia do neutrino e y é a energia transferida


)()1)(( 22)(

xqxyxxqEmG

dxdy

d NFN

22)(

)1)(()( yxqxxxqEmG

dxdy

d NFN

Dipolos em interação neutrino-próton

sendo a função de onda do estado quark-antiquark

• z é a fração do momentum do quark e (1-z) a fração de momentum do antiquark 1 e 2 são as helicidades dos quarks (1/2 ou -1/2)

• r é o tamanho transverso do dipolo dip é parametrizada pelos experimentos .


Funções de estrutura Função de estrutura para bósons W+(W-) polarizados transversalmente ou longitudinalmente

K0,1 são as funções de McDonald

mq (mq) são as massas dos quarks (antiquarks)


Seção de choque de dipolos Modelos fenomenológicos descrevendo dados de DESY-HERA

Golec-Biernat-Wusthoff (GBW)

Iancu-Itakura-Munier (IIM)

Parâmetros ajustados através de uma comparação com os dados, s = 0.63 dimensão anômala, a e b são constantes

, 0 = 23 mb, ~ 0.288, x0 ~ 3.10-4 m, mf = 0.14 GeV


4exp1),(

22

02 sat

dip

Qrrx

)2(,(2lnexp1 satsat rQbrQa

)2(,2

2

0

satsat rQ

rQN

0),( rxdip

Yk

rQrx sat

sat )/2ln(

),(

Função de estrutura F2N

1

0

2222

22

2 ),(||||4

),( rxdzrdQ

QxF dipWL

WT

N

• Consistente descrição para x < 0.0175 sem ajuste aos parâmetros do modelo

• Contribuição de quarks de mar. Quarks de valência não estão incluídos

* Dados da Colaboração CCFR (PRL 79 - 1213 - 1997)

M. M.Machado, M. B. Gay Ducati, M. V. T. Machado PLB 644 (2007) 340


Função de estrutura xF3N

• Em termos de L e R

• Extração de dados considera nucleon isoescalar (somente distribuição de valência é medida)

• Total = valência + mar

PLB 644 (2007) 340


Função de estrutura 2xF1N

* Dados da Colaboração CCFR (PRL 86 – 251802 - 1997)

X=0.004


A função xF3

Essa diferença determina a densidade de mar

PLB 644 (2007) 340


Funções de estrutura

Produção difrativa Espalhamento profundamente inelástico

Cromodinâmica Quântica

Modelo de Dipolos

Resultados

• Espalhamento Difrativo

• Modelo de Ingelman-Schlein

• Correções de múltiplos Pomeron (GSP) (DGM e KMR)

• Resultados


Motivações

Produção difrativa

Estudo da trajetória do Pomeron, a qual descreve fenomenologicamente o espalhamento difrativo, caracterizado por uma região sem produção de partículas (lacuna de rapidez) no detector

Conceito da função de estrutura do Pomeron (IS) possui taxas preditivas inconsistentes com os valores medidos experimentalmente

Aplicação das correções de múltiplos Pomerons em altas energias no modelo de Ingelman-Schlein deve ser necessária


Processos difrativos

Colisor DESY (HERA) descobriu, através das colaborações H1 e ZEUS, DIS onde o elétron e o próton sobreviviam após a interação

Produção de uma grande lacuna de energia (rapidez)

Distribuições de massa semelhantes as observadas em eventos de difração de ondas

Pomeron é a partícula que contém os números quânticos do vácuo

z

z

pE

pEy

ln2

1

pz momentum do próton


Espalhamento difrativo profundamente inelástico (DDIS)

t é o quadrado do quadri-momentum transferido

xIP é o momentum do próton carregado pelo Pomeron

é a fração de momentum do quark no interior do Pomeron

22

22

WQ

tMQx X

IP

IPX x

x

tMQ

Q

22

2

2')( ppt

Modelo de Ingelman-Schlein


Seção de choque inclusiva (I)

2ln

tg

ba

bpbapaba tdtd

dxfxfdxdxd

,// )()(

u

u

d

u

u

d

antipróton

próton

W+, W-

e+, e-

ve, ve

q

q

p + p p + W ( e v) + X

xa e xb são as frações de momentum dos nucleons portada pelos pártons

Altas energias (mp << E) pseudo –rapidez

ângulo de espalhamento do elétron em relação à direção do feixe do próton


Seção de choque inclusiva (II)

22)( Wba Mpps

senM

E WT 2

Energia Total

Energia Longitudinal

Energia Transversal

Váriaveis de Mandelstan para o processo


Seção de choque inclusiva

ba

bbpbapaaT

e td

d

A

xxfxfdxdE

d

d

,2//

1)()(

16)()(

2

2

,

22

//

A

u

Ms

GVxfxfdE

d

d

ba WW

FabbpbapaT

e

16)()(

2

2

,

22

//

A

t

Ms

GVxfxfdE

d

d

ba WW

FabbpbapaT

e

W-

W+

MW = 80 GeV, = 2.06 GeV, GF = 1.166.10-5 GeV-2, Vab = elemento da matriz CKM

Largura de decaimento Constante de FermiMairon Machado – Dissertação de Mestrado – GFPAE – IF – UFRGS – 04/05/2007

Seção de choque difrativa

16)()()(

2

2

,

22

//

A

u

Ms

GVxfxfdExgdx

d

d

ba WW

FabbpbaIPaTIPIP

e

16)()()(

2

2

,

22

//

A

t

Ms

GVxfxfdExgdx

d

d

ba WW

FabbpbaIPaTIPIP

e

W-

W+

fator de fluxo do Pomeron

Parametrização experimental para a função de estrutura do Pomeron (H1)


Probabilidade de Sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP)

22

22

2

|),(|

),(|),(|||

bsAbd

sbPbsAbdS

s

<|S|>2

TevatronLHC

0.2760.182 0.09

0.15

KMRDGM

• Correções de múltiplos Pomerons em altas energias

• Regiões angulares do espaço de fase isento de partículas

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

• PS(s,b) é a probabilidade de que não ocorra interação inelástica entre os hádrons espalhados


Resultados (Tevatron – 1.8 TeV)

021.01

1

1

1

inclusivo

difrativo

DGMR

11

0067.01

1

1

1

inclusivo

difrativo

KMRR

R experimental: 0,0115 + - 0,055 (CDF)

0.0108 + - 0.0021 (D0)

07.01

1

1

1

inclusivo

difrativo

ISR


Predição (LHC – 14 TeV)

11

311.01

1

1

1

inclusivo

difrativo

KMRR


Funções de estrutura Produção difrativa Espalhamento profundamente inelástico

Cromodinâmica Quântica

Modelo de Dipolos

Resultados

Espalhamento Difrativo

Modelo de Ingelman-Schlein

Correções de múltiplos Pomerons (GSP) (DGM e KMR)

Resultados


Conclusões (I) Modelo de dipolos de cor descreve bem os dados para as funções de

estrutura do próton

Parametrizações para a seção de choque de dipolos permitem calcular as funções de estrutura

Teste do limite de validade do formalismo de dipolos para x ~ 0.01

Importante para predições nos novos experimentos MINERA e Neutrino Factory (colisões com neutrinos)


Conclusões (II) Análise de processos difrativos de produção de W

Parametrização para função de estrutura do Pomeron

Aplicação dos valores para GSP na seção de choque difrativa obtém bons resultados

Uso de novos valores para GSP e de outras parametrizações para a função de estrutura do Pomeron permitirá compreender melhor os processos difrativos

Predição para LHC é um significativo aumento na taxa de eventos difrativos


Próximos passos Aplicação do modelo de dipolos em outros processos (Z0, fóton,

DDIS)

Utilização de outras parametrizações para a seção de choque de dipolos

Verificação de outros valores para a sobrevivência da lacuna de rapidez

Uso de novas parametrizações para a função de estrutura do Pomeron

Teoria Eletrofraca

i

ii WTWTg

)1(22

5

i

iii Aqe

Mairon Machado – Dissertação de Mestrado – GFPAE – IF - UFRGS

ii

W

iii M

HgmmiL

2

i

iiA

iVi

W

Zggg

)(

cos25

Grupo de Gauge SU(2) x U(1)

g é o acoplamento

W é o ângulo eletrofraco

e = g sen W é a carga elétrica

A e B são os campos de fótons

T+ T- são os operadores de isospin

Processos eletrofracos de corrente carregada em altas energias (*) Mairon Melo Machado Orientadora:...

Documents

Transcript of Processos eletrofracos de corrente carregada em altas energias (*) Mairon Melo Machado Orientadora:...