Produção difrativa de quarks pesados em colisões nucleares no LHC *

1. Produção difrativa de quarks pesados em colisões nucleares no LHC * Mairon Melo Machado GFPAE – IF – UFRGS melo.machado@ufrgs.br * Trabalho realizado com Maria Beatriz Gay Ducati e Magno V. T. Machado Phys.Rev.D81:054034 (2010) 1

2. Calcular processos difrativos na região de pequeno-x Motivações • Pomeron com subestrutura (PDFs) Modelo Ingelman-Schlein • Não descreve dados • Correções absortivas espalhamento de múltiplos Pomerons • Novos resultados para produção de quarks pesados CERN Suíça LHC França ENAF – Rio de Janeiro 2010

3. 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 background Estimar taxa difrativa para produção de quarks pesados em colisões nucleares para o LHC em NLO 3 ENAF – Rio de Janeiro 2010

4. Quarks spin = ½ Sabor Massa GeV/c2 Carga Introdução Próton (carga +1) Férmions Léptons Elétron Múon Tau neutrinos Bósons Fóton (eletromagnético) W e Z (eletrofraco) Glúon (força forte) Hádrons Mésons Bárions Altas energias glúons 3 quarks Teoria da interação Cromodinâmica Quântica (QCD) 2 quarks π, ρ próton / nêutron ENAF – Rio de Janeiro 2010

5. 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 2 P. D. Collins, An Introduction to Regge Theory and High Energy Physics (1977) Difração Função de estrutura difrativa ENAF – Rio de Janeiro 2010

6. Eventos difrativos 3 G. Ingelman and P. Schlein, Phys. Lett. 152B (1985) 256. • 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 Lacuna de rapidez Difração simples lacuna Modelo de Ingelman-Schlein 3 6 ENAF – Rio de Janeiro 2010

7. Função de estrutura do Pomeron 4 H1 Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) 715 Parametrização para o fator de fluxo e função de estrutura H1 Collaboration 4 Parâmetro normalizado mp = massa do próton Normalizado para 7 ENAF – Rio de Janeiro 2010

8. Probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP) • Descrita em termos de correções de absorção Múltiplos Pomeron • <|S|2> probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP) Gap • 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

9. Modelos para valor de GSP 5 E. Gotsman, E. Levin, U. Maor and A. Prygarin, arXiv:hep-ph/0511060 • 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

10. Hadroprodução de quarks pesados 6 M. L. Mangano et al, Nucl. Phys. B 373, 295 (1992) • Estudo dos processos de difração simples 6 • Razões difrativas em função da energia de centro-de-massa ECM • Diagramas contribuindo para seção de choque em ordem dominante (LO) 10 ENAF – Rio de Janeiro 2010

11. 7 M. L. Mangano, P. Nason, G. Ridolfi Nucl. Phys. B373 (1992) 295 Hadroprodução LO Seção de choque total x1,2 são as frações de momentum dos pártons s distribuições de pártons dentro do hádron i=1 e j=2 Seção de choque partônica 7 Escala de fatorização (renormalização) constante de acoplamento 11 ENAF – Rio de Janeiro 2010

12. Seção de choque partônica m é a massa do quark pesado N = 3 (4) para charm (bottom) 12 ENAF – Rio de Janeiro 2010

13. Produção NLO Constante de acoplamento n1f = 3 (4) charm (bottom) 13 ENAF – Rio de Janeiro 2010

14. Funções NLO 8 P. Nason, S. Dawson, R. K. Ellis Nucl. Phys. B303 (1988) 607 • Usando um ajuste com os dados ao invés do resultado numérico integrado 8 • Erro de menos de 1% 14 ENAF – Rio de Janeiro 2010

15. Funções NLO Funções auxiliares 15 ENAF – Rio de Janeiro 2010

16. Seção de choque difrativa 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) Fator de fluxo do Pomeron 9 Função de estrutura do Pomeron (H1) Modelo KKMR <|S|2> = 0.06 para eventos de difração simples no LHC 10 16 ENAF – Rio de Janeiro 2010

17. 11 N. M. Agababyan et al Phys. Atom. Nucl. 62, 1572 (1999) 12 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 • Processo coerentenúcleo emite um Pomeron • Dependência na energia e no número atômico 17 ENAF – Rio de Janeiro 2010

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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 ACa = 40 (6.3 TeV) APb = 208 (5.5 TeV) ApPb = 8.8 TeV difrativo S2 = 3,22 (%) S2 = 3,11 (%) S2 = 2,87 (%) difrativo 21 ENAF – Rio de Janeiro 2010

22. Resultados coerente Seção de choque Inclusiva • Predições para seção de choque em uma região possível de ser verificada experimentalmente Razão difrativa muito pequena 22 ENAF – Rio de Janeiro 2010

23. Resultados incoerente 13 E. Levin; J. Miller arXiv:0801.3593v1 [hep-ph] (2008) • 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 ENAF – Rio de Janeiro 2010

24. Resultados duplo difrativo • 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 ENAF – Rio de Janeiro 2010

25. 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 ENAF – Rio de Janeiro 2010

26. COMPARAÇÃO COM DADOS 26 ENAF – Rio de Janeiro 2010

27. A BATALHA CONTINUA!!!! 27 ENAF – Rio de Janeiro 2010