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Produção difrativa de quarks pesados em
colisões nucleares no LHC *
Mairon Melo MachadoGFPAE – IF – UFRGSmelo.machado@ufrgs.br
* Trabalho realizado com Maria Beatriz Gay Ducati e Magno V. T. Machado
Phys.Rev.D81:054034 (2010)
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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
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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
ENAF – Rio de Janeiro 2010
1 M. B. Gay Ducati, M. M. Machado, M. V. T. Machado, PRD 75, 114013 (2007)
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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
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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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)
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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
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3 G. Ingelman and P. Schlein, Phys. Lett. 152B (1985) 256.
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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
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4 H1 Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) 715
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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
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• 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
(%)
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5 E. Gotsman, E. Levin, U. Maor and A. Prygarin, arXiv:hep-ph/0511060
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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
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6 M. L. Mangano et al, Nucl. Phys. B 373, 295 (1992)
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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
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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
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1313
Produção NLOg+Q+Qg+g
Constante de acoplamento
n1f = 3 (4) charm (bottom)
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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%
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8 P. Nason, S. Dawson, R. K. Ellis Nucl. Phys. B303 (1988) 607
1515
Funções NLO
Funções auxiliares
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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13 E. Levin; J. Miller arXiv:0801.3593v1 [hep-ph] (2008)
2424
Resultados duplo difrativo
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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
ENAF – Rio de Janeiro 2010
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COMPARAÇÃO COM DADOS
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A BATALHA CONTINUA!!!!
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