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Produção difrativa de quarkonium + fóton no LHC

Mairon Melo MachadoGFPAE – IF – UFRGS

IF – UFRGS www.if.ufrgs.br/gfpae

melo.machado@ufrgs.br

2009/02

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Apresentação

Motivação Introdução a Física Difrativa Hadroprodução quarkonium + fóton Função de estrutura do Pomeron Correções de múltiplos espalhamentos Resultados Conclusões

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Motivação

Grande número de processos compreendidos a partir do experimento

Física difrativa permite a aplicação da QCD perturbativa

Diferentes mecanismos para hadroprodução de quarkonium

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Estado singleto de cor

Estado octeto de cor 1

Modelo de evaporação de cor

Expressões para altas energias em termos da densidade gluônica

Conteúdo de glúons dentro do Pomeron subestrutura

Assinatura clara através dos seus modos de decaimento leptônico

1 J. P. Lansberg – Eur. Phys. J. C 60, 693 (2009)

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Introdução

Processos difrativos descritos com relação a seção de choque total

Teoria de Regge Troca do Pomeron com números quânticos do vácuo

Natureza do Pomeron2 e seus mecanismos desconhecidos

Observações de espalhamento difrativo profundamente inelástico (DDIS) no HERA melhoraram o conhecimento sobre o Pomeron

Evento single diffraction um dos hádrons emite um Pomeron que interage com o outro hadron

2009/02

2 P. D. Collins, Na Introduction To Regge Theory And High Energy Physics, Cambridge (1977)

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Caracterizado pela ausência de energia em determinadas regiões angulares no estado final lacuna de rapidez

Física difrativa

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x IP=Q2+M X

2−t

Q2+W 2

β=Q2

Q2+M X2 −t

=xx IP

Modelo de Ingelman-Schlein

t= p− p ' 2

• é a fração de momentum do quark no interior do Pomeron

• t é o quadrado do quadri-momentum

transferido • xIP é o momentum do próton carregado pelo

Pomeron

3

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

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Produção difrativa quarkonium + fóton

o Razões difrativas em função do momentum pT do quarkonium

o Quarkonia produzido com grande pT são fáceis de serem detectados

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pp p+ J /ψ +γ +X pp p+ Υ +γ +X

o Singleto

o Octeto

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Produção J/ψ+γ

Non-relativistic Quantum Chromodynamics (NRQCD)

Fusão de glúons domina perante fusão de quark

Seção de choque LO obtida pela convolução da seção de choque partônica com a função de distribuição de glúons no próton (PDF) g(x,µF)

MRST 2001 LO sem diferença significativa para MRST 2002 LO e MRST 2003 LO

NLO4 expansão em αs correções virtuais (1) e reais (3)

2009/024 J. P. Lansberg, arXiv:0901.4777 [hep-ph]

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Produção quarkonium + fóton

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Subprocesso singleto

Subprocesso octeto,

5

5 C. S. Kim, J. Lee e H. S. Song, Phys. Rev. D55 (1997) 5429

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Produção quarkonium + fóton

Vértice

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Fatorização NRQCD Aspectos não-perturbativos da produção de quarkonium são organizados em termos de uma expansão em v

v velocidade relativa do par de quarks no quarkonium

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Quarks fortemente suprimidos em altas energias desprezados 6

6 R. Li and J. X. Wang, Phys. Lett. B672 (2009) 51

Energia de centro de massa (LHC = 14 TeV )

rapidez do J/ψ

9.2 GeV2

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X1 (x2) fração de momentum do próton portada pelo glúon

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Fatorização NRQCD

Seção de choque escrita como

M massa invariante do sistema J/ψ+γ

Coeficientes calculados para altas energias

Elementos de matriz

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Elementos de matriz

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Campo responsável pela criação do par QQ estado do quarkonium

7

7 T. Mehen, Phys. Rev. D55 (1997) 4338

ec=23

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Elementos de matriz (GeV3)

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1.16

1.19 x 10-2

0.01

0.01 x m2c

10.9

0.02

0.136

0

8, 9

9 E. Braaten, S. Fleming, A. K. Leibovich, Phys. Rev. D63 (2001) 094006

8 F. Maltoni et al., Phys. Lett. B638 (2006) 202

eb=−13

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Seção de choque difrativa

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Fração de momentum do próton carregada pelo Pomeron

Quadrado do quadri-momentum transferido pelo próton

Fator de fluxo do Pomeron

α running

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Variáveis

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Q 02= 2 . 5 GeV 2

Limites para fração de momentum do Pomeron

Escalas

n f=4ΛQCD=0 .2

μF2=

pT2+mψ2 4

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Função de estrutura

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

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

Trajetória do Pomeron

Parâmetro de normalização

mp = Massa do próton

Parâmetro Valor

α’IP

BIP

αIR(0)

α’IR

BIR

mc

mb

α8 (5) (MZ

2)

0 . 06−0 . 060 . 19 GeV−2

5 . 5−0 . 72 . 0GeV −2

0 . 50±0 . 10

0 . 3−0 . 30 . 6GeV −2

1 . 6−0 . 41 . 6 GeV −2

1. 4±0 . 2GeV

4,5±0 . 5GeV

0 . 118±0 . 002

Distribuições de glúons

• Intervalo 0.0043 < z < 0,8, corresponde aos medido

• Neste trabalho FIT A.

• Resultados similar com fit B

Fit A linha central colorido

Fit B linha negra

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• 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

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Probabilidade de Sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP)

∣S∣2∫ d 2b∣A s,b ∣2P s b,s

∫ d2 b∣A s,b ∣2=0 . 06

• Correções de múltiplos Pomerons em altas energias KKMR

• Regiões angulares do espaço de fase isento de partículas

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

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Gap de rapidez

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Resultados

2009/02

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Resultados

2009/02

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Resultados

2009/02

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Resultados

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Razões

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Razão difrativa aproximadamente RSD – 0,8 – 0,5 % (J/ψ) e RSD = 0,6 – 0,4 % (Υ)

[σ] = pb/GeV

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Conclusões

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• Análise de hadroprodução difrativa de quarkonium na região central de pseudo-rapidez

• Uso de uma função de estrutura do Pomeron recente (H1 Collaboration – DESY – HERA) bem como valor de GSP do modelo KKMR – 2003

• Resultados similares a outro trabalho4 com o uso do GAP e α running

• Importante para verificação de futuros IP PDF’s

• Estimativas para ser comparado com o LHC

5 C. S. Kim, J. Lee e H. S. Song, Phys. Rev. D55 (1997) 5429