Nuclei come micro-rivelatori di effetti di QCD

2. Nuclei come micro-rivelatori di effetti di QCD Esperimenti di alte energie ( DESY (HERMES), CERN, JLAB) Perché si utilizzano i nuclei? 1) Trasparenza di colore 2) Adronizzazione

3. Rivelatore dimensioni di un nucleone N 3q: dimensione minore di un nucleone Trasparenza di colore Diffusione quasi elastica ad alti : A(e,e’p)X Funzione d’onda del nucleone Previsione della QCD: la configurazione a 3q ha dimensioni minori di quelle del nucleone e, propagandosi nel mezzo, interagisce debolmente rispetto a un nucleone Ciò che viene rivelato direttamente è il protone nelle sue normali dimensioni Lo stato (3q) viene studiato tramite le interazioni col mezzo

4. Adronizzazione Processo generale per cui un gran numero di adroni viene prodotto nelle interazioni ad alte energie Manifestazione del confinamento Come è stata studiata classicamente? Diffusioni Da questi processi si riesce ad imparare poco riguardo lo sviluppo spazio-temporale dei meccanismi di adronizzazione

5. Bersagli nucleari • La scala di adronizzazione e i meccanismi di reazione possono essere studiati • tramite la diffusione profondamente anelastica (DIS) su nuclei • Il nucleo è costituito da un insieme di centri diffusori (nucleoni) ed agisce • come un filtro per i prodotti dell’adronizzazione Il quark colpito e le particelle prodotte per adronizzazione si propagano nel mezzo adronico e re-interagiscono con i nucleoni • Il nucleo permette di sfruttare le re-interazioni tramite i nucleoni, che sono • centri di scattering multiplo separati da distanze di 1-2 fm FSI Diffusioni leptone-nucleo L’interazione nello stato di finale permette di ottenere informazioni sui meccanismi di produzione adronica

6. Nucleo come filtro h N h X N X Adronizzazione fuori dal nucleo FSI meccanismi di adronizzazione h N X asse z Adronizzazione nel nucleo

7. L’interazione nucleone-nucleoni nel nucleo residuo si esprime tramite una sezione d’urto costante FSI L’interazione quark+particelle prodotte-nucleoni si esprime tramite una sezione d’urto efficace dipendente dal tempo (e dal modello utilizzato) numero di mesoni prodotti Sezione d’urto efficace FSI Modelli di adronizzazione Modello di stringa di colore Evoluzione spazio-temporale della stringa

8. Numero di gluoni radiati in funzione del tempo (dipende anche da ) gluone coppia mesone Modelli di adronizzazione Modello di radiazione di gluone Il quark colpito perde energia radiando gluoni Sezione d’urto efficace nei due modelli Dipendenza dal modello utilizzato

9. Rivelazione di adroni prodotti per adronizzazione in processi semi-inclusivi leptone-nucleo A(e,e’h)X h A X

10. h X q qq Importanza del moto di Fermi del nucleone nel nucleo A N A-1 A A(e,e’h)X CURRENT FRAGMENTATION: la particella rivelata viene prodotta dall’adronizzazione del leading quark (il quark che ha interagito direttamente col fotone virtuale) leading hadron production (HERMES @ HERA)

11. X q qq Importanza del moto di Fermi del nucleone nel nucleo A h N A-1 A A(e,e’h)X TARGET FRAGMENTATION: la particella rivelata viene prodotta dall’adronizzazione del di-quark (che non ha interagito direttamente col fotone virtuale) produzione di nucleoni lenti

12. h X N A A-1 Target fragmentation Current fragmentation , h Frazioni di energia degli adroni prodotti X q q X N N qq h qq Particella veloce Particella lenta

13. Invarianti che descrivono il processo Variabile di Bjorken Nucleone libero Nucleone legato nel nucleo Frazione di energia portata dall’adrone h Nucleone libero Nucleone legato nel nucleo Current fragmentation Target fragmentation

14. FF (funzioni di frammentazione) : probabilità che il quark h abbia una frazione di energia (rispetto al fotone virtuale) pari a : probabilità che un quark abbia una frazione di momento pari a Rapporto di molteplicità di HERMES Processo in cui si rivela il leading hadron PDF (funzioni di distribuzione partonica)

15. SIDIS: Studio delle modifiche delle funzioni di distribuzione partonica e delle funzioni di frammentazione dovute al mezzo nucleare Studio dei meccanismi di adronizzazzione all’interno del mezzo adronico Rapporto di molteplicità di HERMES Fattorizzazione nel prodotto di PDF e FF Rapporto di molteplicità Se non ci fossero effetti nucleari sarebbe 1

16. Rapporto di molteplicità Modelli per le PDF e FF nel nucleo A Modelli per l’adronizzazione

17. Modello del deconfinamento: rescaling di Q 2 • i quark nei nucleoni legati hanno accesso a una regione di spazio più grande • che nei nucleoni liberi Fattore di rescaling Non si tiene conto del moto di Fermi dei nucleoni nel Nucleo A

18. p = quadrimpulso del nucleone colpito (off-shell) x z g Modello di convoluzione Le variabili x e z sono modificate per gli effetti del Moto di Fermi

19. Modello di convoluzione Effetti del moto di Fermi • da inserire nel Rapporto di Molteplicità ADRONIZZAZIONE Distribuzioni di momento distorte, con la sezione d’urto efficace per l’interazione debris-nucleoni dipendente dal tempo

20. Produzione di nucleoni lenti nel nella diffusione profondamente anelastica semi-inclusiva (SIDIS) di leptoni su nuclei • Possibili modifiche della funzione di struttura • nel mezzo nucleare (effetto EMC) • Meccanismi di adronizzazione 1) Processo semi-inclusivo in target fragmentation 2) Processo spettatore con l’emissione di una coppia correlata di nucleoni

21. Processo spettatore Emissione di una coppia correlata: una coppia correlata di nucleoni viene emessa e viene rivelato il nucleone lento, emesso a causa del rinculo Come si modifica rispetto a quella libera? Processo spettatore in PWIA (no FSI) Moto di Fermi

22. Funzione spettrale a due corpi: probabilità congiunta di trovare in un nucleo due nucleoni con momenti e ed energia di rimozione E Funzione di struttura nucleare nel processo spettatore con una coppia correlata

23. Modelli per la Funzione Spettrale a due corpi Dopo che il nucleone 1 è istantaneamente rimosso dal nucleo A, il sistema residuo di (A-1) nucleoni decade nel sistema composto dal nucleone 2 e dal sistema residuo di (A-2) nucleoni Modello 2NC (two-nucleon correlation model) • si assume che il centro di massa della coppia correlata sia a riposo Modello 2NC extended • si tiene conto anche del moto del centro di massa della coppia correlata In entrambi i modelli si assume che (A-2) sia nello stato fondamentale

24. Risultati per il processo Modello 2NC (two-nucleon correlation model) momento di cono luce del nucleone colpito Modello 2NC extended Il moto del centro di massa elimina la fattorizzazione del modello 2NC

25. Workshop on “Parton propagation through strongly interacting matter” ECT* 2005

26. Processo spettatore + FSI Somma coerente: c’è anche il contributo di interferenza

27. Differenza nell’operatore di Glauber S, che rappresenta la FSI

28. Calcoli numerici per ottenere la sezione d’urto con la FSI • Contributo del processo in Target Fragmentation

29. Prossimi obiettivi Rapporto di molteplicità di HERMES • Calcolo del rapporto di molteplicità di col modello di convoluzione per tenere conto del moto di fermi • Introduzione dell’adronizzazione nel rapporto di molteplicità • utilizzando la sezione d’urto efficace dipendente dal tempo Produzione di protoni lenti • Calcolo della sezione d’urto con la FSI + adronizzazione • Calcolo del contributo del processo in Target Fragmentation • per la produzione di protoni lenti