Produção difrativa de quarks pesados
em colisões nucleares no LHC *
Mairon Melo Machado
GFPAE – IF – UFRGS
[email protected]
* Trabalho realizado com Maria Beatriz Gay Ducati e Magno V. T. Machado
Phys.Rev.D81:054034 (2010)
1
Motivações
 Calcular processos difrativos na região de pequeno-x
 Pomeron com subestrutura (PDFs)
CERN
Modelo Ingelman-Schlein
 Não descreve dados
 Correções absortivas
espalhamento de múltiplos
Pomerons
Suíça
LHC
 Novos resultados para produção
de quarks pesados
França
2
ENAF – Rio de Janeiro 2010
1
M. B. Gay Ducati, M. M. Machado, M. V. T. Machado, PRD 75, 114013 (2007)
Motivações
 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
sinal
H BB
background
ggBB
Estimar taxa difrativa para produção de quarks pesados
em colisões nucleares para o LHC em NLO
3
ENAF – Rio de Janeiro 2010
Introdução
Próton (carga +1)
Férmions
Quarks spin = ½
Léptons
Sabor
Massa
GeV/c2
Carga
Elétron
Múon
Bósons
Tau
Fóton (eletromagnético)
neutrinos
W e Z (eletrofraco)
Hádrons
Glúon (força forte)
Bárions
Mésons
3 quarks
2 quarks
próton / nêutron
π, ρ
Altas energias
glúons
Teoria da interação
Cromodinâmica Quântica (QCD)
4
ENAF – Rio de Janeiro 2010
2
P. D. Collins, An Introduction to Regge Theory and High Energy Physics (1977)
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 difrativa
5
ENAF – Rio de Janeiro 2010
3
G. Ingelman and P. Schlein, Phys. Lett. 152B (1985) 256.
Eventos difrativos
 Ausência de energia hadrônica em uma determinada região angular
do espaço de fase final
Lacuna de rapidez
Difração simples
 Difração simples
lacuna
 Pomeron emitido por um dos hádrons
 Pártons do Pomeron interagem com pártons do outro hádron
Modelo de Ingelman-Schlein 3
6
ENAF – Rio de Janeiro 2010
4 H1
Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) 715
Função de estrutura do Pomeron
Parametrização para o fator de fluxo e função de estrutura
H1
Collaboration 4
Parâmetro normalizado
Parâmetro
mp = massa do próton
Normalizado para
α’IP
BIP
α(0)
Valor
+
0.19
2
0.06
GeV
0.06
+2.0
2
5.5
GeV
0.7
1.8
7
ENAF – Rio de Janeiro 2010
Probabilidade de sobrevivência
da lacuna de rapidez (GSP)
• Descrita em termos de correções de absorção
Múltiplos Pomeron
• <|S|2>
probabilidade de sobrevivência
Gap
da lacuna de rapidez (GSP)
2
2s
d
b
|
A(s,
b)
|
P
(b,
s)
2

|
S
|>
 2
2
d
b
|
A(s,
b)
|

• A(s,b)
amplitude do processo difrativo de interesse particular
• PS(s,b)
probabilidade de que não ocorram interações inelásticas
entre as partículas remanescentes
8
ENAF – Rio de Janeiro 2010
5
E. Gotsman, E. Levin, U. Maor and A. Prygarin, arXiv:hep-ph/0511060
Modelos para valor de GSP
• Vários modelos na literatura 5
• Resultados considerando o modelo KKMR para os valores de Tevatron e
LHC
(%)
• Principal incerteza teórico em nossos cálculos
seções de choque e razões sensíveis ao valor de GSP
considerado
9
ENAF – Rio de Janeiro 2010
6
M. L. Mangano et al, Nucl. Phys. B 373, 295 (1992)
Hadroprodução de quarks pesados
o Estudo dos processos de difração simples 6

pp  p + cc + X
 
pp  p + bb + X
o Razões difrativas em função da energia de centro-de-massa ECM
g + g  Q+Q
o Diagramas contribuindo para seção de choque em ordem dominante (LO)
10
ENAF – Rio de Janeiro 2010
7
M. L. Mangano, P. Nason, G. Ridolfi Nucl. Phys. B373 (1992) 295
Hadroprodução LO
Seção de choque total
x1 x2 s s
x1,2 são as frações de
momentum dos pártons
distribuições de pártons dentro do hádron i=1 e j=2
Seção de choque partônica 7
μF  μR 
Escala de fatorização (renormalização)
constante de acoplamento
11
ENAF – Rio de Janeiro 2010
Seção de choque partônica
m é a massa do quark pesado
V=N 2− 1
N = 3 (4) para charm (bottom)
12
ENAF – Rio de Janeiro 2010
Produção NLO
g+
g
Q
+
Q
+
g
Constante de acoplamento
n1f = 3 (4) charm (bottom)
13
ENAF – Rio de Janeiro 2010
8
P. Nason, S. Dawson, R. K. Ellis Nucl. Phys. B303 (1988) 607
Funções NLO
 Usando um ajuste com os dados ao invés do resultado numérico integrado 8
a0
0.108068
a4
0.0438768
a1
-0.114997
a5
-0.0760996
a2
0.0428630
a6
-0.165878
a3
0.131429
a7
-0.158246
 Erro de menos de 1%
14
ENAF – Rio de Janeiro 2010
Funções NLO
Funções auxiliares
15
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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)
Seção de choque difrativa
Fator de fluxo do Pomeron 9
Função de estrutura do Pomeron (H1)
β=
Modelo KKMR
x
x IP
<|S|2> = 0.06 para eventos de difração simples no LHC 10
16
ENAF – Rio de Janeiro 2010
11 N.
12
M. Agababyan et al Phys. Atom. Nucl. 62, 1572 (1999)
K. Tuchin, arXiv:0812.1519v2 [hep-ph] (2009)
Produção nuclear de quarks pesados
Caso inclusivo 11
ACa = 40 (6.3 TeV)
APb = 208 (5.5 TeV)
Caso difrativo 12
 Processo incoerente
um dos nucleons no núcleo emite um Pomeron
A
+
A

X
+
A
+
[LRG]
+
A
*
 Processo coerente
núcleo emite um Pomeron
A
+
A

X
+
A
+
[LRG]
+
A
 Dependência na energia e no número atômico
17
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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
18
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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
19
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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
20
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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)
Seções de choque nuclear inclusiva em NLO
difrativo
ACa = 40 (6.3 TeV)
S2 = 3,22 (%)
difrativo
APb = 208 (5.5 TeV)
S2 = 3,11 (%)
ApPb = 8.8 TeV
S2 = 2,87 (%)
21
ENAF – Rio de Janeiro 2010
Resultados coerente
Seção de choque Inclusiva
 Predições para seção de choque em uma região possível de ser verificada
experimentalmente
Razão difrativa muito pequena
22
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13
E. Levin; J. Miller arXiv:0801.3593v1 [hep-ph] (2008)
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
23
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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
24
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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
25
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COMPARAÇÃO COM DADOS
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A BATALHA CONTINUA!!!!
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