Ein- und Ausblicke in die harte Diffraktion aus ep und pp Streuungen

1. Ein- und Ausblicke in die harte Diffraktion aus ep und pp Streuungen • Das Phänomen Diffraktion • Regge und QCD • QCD Faktorisierung • Diffraktion bei HERA Strukturfunktion, Zwei-Jet- und Vektormeson-Produktion • Diffraktion am Tevatron Strukturfunktion, DPE, Faktorisierung Kerstin Borras Frühjahrstagung der DPG Leipzig, 21. März 2002

2. Optik Hadron-Streuung Was ist Diffraktion ? Historisch: elastisch:  + Objekt   + Objekt Ha + Hb  Ha+ Hb Heute : Wechselwirkungen durch Austausch ohne Farbe und Quantenzahlen  Rapidity-Gap-Ereignisse.

3. Diffraktive Prozesse Hadron-Hadron Einfache diffr. Diss. Doppelter IP Austausch(DPE) Elastisch Doppelte diffr. Diss. Nachweis: führendes Hadron(VPS)und/oder Rapidity-Gap(farbloser Austausch ohne QZ) Überraschung: Rapidity-Gaps auch in DIS bei HERA !

4. Diffraktive DIS auch bei HERA y=1/2 log ((E+pz)/(E-pz))  = - log tan (/2) Rapidity-Gap: kein Teilchenfluß

5. Regge-Trajektorie: (t)=0+ ´ t Bekannt: Regge-Phänomenologie Totaler Wirkungsquerschnitt: weiche Prozesse, z.B. elastisch: tot ~ s0-1 wächst mit  s Pomeron (IP) mit 0 > 1

6. Heute: pQCD Partonen als Grundbausteine: Quarks & Gluonen Erfolgreiche Beschreibung der starken Wechselwirkung auf dem Parton-Niveau: Störungstheoretische Berechnungen brauchen harte Skala:  harte Prozesse

7. Weiche und harte Prozesse Regge Hadronen weiche Prozesse makroskopische  pQCD Partonen harte Prozesse mikroskopische  auf Parton-Niveau Harte Diffraktion: Prozesse mit weichem Anteil und harter Skala durch hohes Q2, Jets oder Vektormesonen, ..... Messe inklusiv (F2D), teste exklusiv (Jets)

8. Kinematische Variablen Q2 =  Virtualität x = xq / p oder xg / p xIP = xIP / p  = xq / IP oder xg / IP t = (p – p´)2 s W

9. QCD Faktorisierung in DIS • Inklusive DIS: • Theorie: QCD Faktorisierung gilt • DIS(x,Q2)  F2(x,Q2)  fq(x,Q2)  pQCD • Diffraktive DIS: • Theorie: QCD Faktorisierung gilt • DDIS(xIP,t,,Q2)  F2D (xIP,t,,Q2) •  fqD (xIP,t,,Q2)  pQCD Partonverteilungen universell • gleiche QCD Entwicklung mit DGLAP • harte Streuung in DDIS = harte Streuung in DIS • gleiche Partonenverteilungen für andere Prozesse bei gleichen (xIP,t) Experimentelle Überprüfung

10. QCD Faktorisierung in pp und p ? Theorie: QCD Faktorisierung nicht bewiesen z.B.: Wechselwirkungen der Hadron-Remnants Phänomenologische Ansätze zur „Gap-Survival-Probability“ Experimentelle und theoretische Herausforderung !

11. Diffraktive Strukturfunktion bei HERA Messung von F2D wie F2: keine t Messung  dt : Regge: 1/xIP – Verhalten messe xIP F2D(3) F2D qD (x) + qD (x) F2D/lnQ2 gD (x)

12. Diffraktive Partondichten Anwendung der DGLAP Gleichungen in einer QCD-Anpassung an F2D Daten  fD() Qualität der Anpassung vergleichbar mit F2 • zwei Lösungen  Unsicherheit bei hohen  • Gluon dominiert 

13. g* p' p Farbdipol - Modelle G-BW Proton-Ruhesystem Laborsystem Golec-Biernat / Wüsthoff:  -Dipol aus Anpassungen an F2 und Vorhersage F2D ! F2F2D und g(x) bei kleinen x

14. Hadronische Endzustände • Motivation: • Test QCD-Faktorisierung • Unterscheidung zwischen q/g dominierten IP • qq / qqg Beiträge im Zwei-Gluon-Austausch • Meßgrößen: • Energiefluß • Ereignistopologie • Charm Produktion • Jet-Erzeugung • Vektormeson-Produktion

15. Diffraktive Jet-Ereignisse in DIS Zwei-Jet-Ereignisse: QCD – Faktorisierung erhalten ! Drei-Jet-Ereignisse: qqg > qq

16. Vektormeson-Produktion bei HERA Q2 0 < Q2 < 100 GeV2 Wgp20 <Wgp< 290 GeV t 0 < |t| < 20 GeV2 VMr0, w, f, J/y, y',  • Wenige Teilchen im Endzustand: klare experimentelle Signatur • Überprüfung von Modellen, hier VDM+Regge und pQCD-Modell • Analyse des Überganges: weiche harte Prozesse • mit unterschiedlichen Skalen

17. f2g V g* VM (r0, w, f) p' p Modelle zur Vektormeson-Produktion VDM + Regge pQCD Modelle QCD-Rechnungen: sg*pVp ~ [xg(x,Q2)]2 [x-0.2)]2 ~ W0.8(x ~ 1/ W2) sg pVp = f2g VsVpVp Wirkungsquerschnitte: dsVpVp/dt =e-b0tW4(aIP(t) -1) sVpVp ~ W4(aIP(0) -1) ~ W0.22

18. Wirkungsquerschnitte Photoproduktion: J/Y und pQCD: spQCD ~ [xg(x,Q2)]2 zeigt nur schwache Q2 Abhängigkeit Q2eff = Q2eff(Q2,M,|t|) Masser0, w,fklein  ReggeMasseJ/YgroßpQCD

19. Zusammenfassung HERA Konzepte für diffraktive DIS: QCD-Faktorisierung & Partondichten Farbdipol-Modelle Konsistente Beschreibung im Rahmen der QCD für inklusive Messungen (F2D) und exklusive Messungen (Jets, Vektormesonen) innerhalb der bisherigen Meßgenauigkeit

20. Quer über den Atlantik  Tevatron-Experimente D0 und CDF pp *p • Einfache diffraktive Dissoziation: • W- / Z-Bosonen, Beauty, J/, Jets Tevatron: 1% Diffraktion HERA: 10% Diffraktion Einf. Diffr. Diss. DPE

21. Strukturfunktion zur diffraktiven Zwei-Jet-Erzeugung Messe: x=1/s  i=1,2(3)ET,i e-i 3. Jet nur, wenn ET>5GeV  (=xIP) mit VPS:  = x/  p IP( (=xIP) ,t) Effektive Strukturfunktion für Zwei-Jet-Erzeugung: Fjj(x)=x[g(x)+4/9 (q(x)+q(x))] p p´ VPS Tevatron: Kombination g, q HERA: q direkt, g indirekt

22. Faktorisierungstests Tevatron  HERA pp@s=1800GeV ep @ s=300GeV Tevatron:einf.Diffraktion, s-Variation pp @ s=1800GeV pp @ s=630GeV Tevatron: einf.Diffraktion  DPE pp @ s=1800GeV IPp @ s=450GeV

23. Strukturfunktion zur diffraktiven Zwei-Jet-Erzeugung FjjD( ,) ~ 1/ n mit n= 1.00.1 Vergleich mit HERA: Normierung zu hoch Form ? Faktorisierungsbrechung !

24. Zwei-Jet-Struktur bei s=630GeV Tevatron: pp @ s=1800GeV pp @ s=630GeV CDF FjjD( ,)~ 1/ n unabhängig vons Faktorisierung ?

25. Faktorisierungstests mit Doppeltem Pomeron Austausch Tevatron: einf.Diffraktion  DPE pp @ s=1800GeV IPp @ s=450GeV Änderung von s durch Vorselektion s Variation ähnlich zu:Tevatron  HERA(s=300GeV)

26. Faktorisierungstests mit Doppeltem Pomeron Austausch Faktorisierung: = Messe: und CDF Form: innerhalb der Meßfehler gleich Normierung:  Faktor 5 zu hoch Faktorisierungsbrechung in gleicher Größenordnung wie im Vergleich zu HERA

27. Zusammenfassung Tevatron Theorie: QCD-Faktorisierung nicht erwartet Experiment: Diffraktion am Tevatron ~ 1%, bei HERA ~ 10% FjjD gemessen und mit HERA verglichen FjjD bei verschiednen s gemessen  Faktorisierungsbrechung

28. Faktorisierung bei HERA: Zwei-Jets in Photoproduktion  pp p Punktförmiges (wie DIS) xjets 1 Reproduktion der Daten mit „Gap-Survival-Probability“ = 0.6 Hadronisches xjets< 1 Faktorisierungsbrechung !

29. Zusammenfassung Theorie: QCD-Faktorisierung in DDIS genauso wie in anderen harten QCD-Prozessen Mit Farbdipol-Modellen erstmalig Vorhersage von Diffraktion aus inklusiver DIS Experiment: Inklusive Daten präzise  diffraktive Partondichten bestimmt Faktorisierung durch Anwendung auf exklusive Daten getestet *p: Faktorisierung bestätigt p und pp: Faktorisierung gebrochen innerhalb der Meßunsicherheit und in führender Ordnung.

30. Die Zukunft Alle HERA und Tevatron Experimente werden bald neue Analysen mit HERA I oder Run I Daten veröffentlichen. Alle Experimente haben ihren Detektor durch neue Komponenten und Umbauten gut auf die neuen Daten von HERA II und im Run II am Tevatron vorbereitet. Nahziel: Viele verschiedene, auch seltene, Prozesse messen Akzeptanzbereich in xIP und t erweitern Genaue Messungen mit hoher Statistik und kleinen systematischen Unsicherheiten Fernziel: Faktorisierung genauer testen QCD weiter in den Bereich der weichen Prozesse bringen

31. Die Zukunft mit HERA II Daten Diffraktion • mit hoher Statistik • mit gemessener t - Abhängigkeit • bei hohen Q2 • in CC Ereignissen • mit Vektormeson-Produktion von schweren Mesonen oder ganz leichten (  und DVCS ) • mit e+p, e-p, eLp, eRp • ...

32. Parallelsitzung Diffraktion heute nachmittag: • Pomeron- and Odderon Induced Photoproduction of Mesons Decaying to Pure Multiphon Final States at HERA • Exclusive Elektroproduktion von J/ im ZEUS Experiment bei sehr kleinen Q2 • Exclusive Produktion von J/ in tiefinelastischer Elektron-Proton-Streuung im ZEUS Experiment • Diffractive 0 production at HERMES • Untersuchung der tief-virtuellen-Compton-Streuung mit dem HERMES-Experiment • On the structure of the virtual Compton amplitude width additional final-state meson in the extended Bjorken region • Analysis of prompt photon production at H1