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Produção de quarks em processos de Corrente Neutra utilizando o formalismo de dipolos * Mairon Melo Machado High Energy Phenomenology Group, GFPAE IF –

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1 Produção de quarks em processos de Corrente Neutra utilizando o formalismo de dipolos * Mairon Melo Machado High Energy Phenomenology Group, GFPAE IF – UFRGS, Porto Alegre * In collaboration with M. B. Gay Ducati and M. V. T. Machado

2 Colisões neutrino-próton Formalismo dos dipolos de cor Processos de corrente neutra Funções de estrutura Cálculo da seção de choque O Experimento NuSOnG Resultados e conclusões Outline

3 Interação de neutrinos altamente energéticos com hádrons testam a QCD Usual para a compreensão das propriedades partônicas da estrutura do hádron Combinações dos dados de espalhamento neutrino e antineutrino são usados para determinar as funções de estrutura Função de estrutura F 2 é uma distribuição singleto Fenomenologia usando modelos de saturação no modelo de dipolos veificou muito bem os dados de pequeno-x Novo (2008) experimento NuSOnG irá obter uma estatística de dados para espalhamentos de neutrinos altamente energéticos Motivações

4 Colisão neutrino-nucleon M é a massa do nucleon E é a energia do neutrino p e q são os quadri-momenta do bóson e do nucleon Z (q) pipi pjpj pjpj pkpk

5 G F é a constante de Fermi GeV -2 M i é a massa do bóson F 2, F L e F 3 são as funções de estrutura Seção de choque neutrino-nucleon

6 Dipolos s são as funções de onda dos bósons z é a fração de momentum do quark e (1-z) é the momentum fraction of the antiquark 1 and 2 are the helicity of the quarks (1/2 or -1/2) r is the transversal size of the dipole dip is parametrized and fitted to the experiment.

7 Funções de estrutura Chiral coupling sin 2 θ W = K 0,1 são as funções de McDonald

8 Distribuição de quarks Gluon emite um par quark-antiquark alterando a distribuição de quarks no nucleon Estes são os chamados sea quarks Conteúdo de quarks dado pela soma dos quarks de mar e valência

9 Seção de choque de dipolos Golec-Biernat-Wusthoff (GBW) Iancu-Itakura-Munier (IIM), 0 = 23 mb, ~ 0.288, x 0 ~ m, m f = 0.14 GeV Y=ln(1/x), B CGC = 5.5 GeV -2

10 Interação neutrino-núcleo Seção de choque para bósons transversalmente ou longitudinalmente polarizados é uma extensão da seção de choque neutrino-próton para o caso nuclear, através do formalismo de Glauber Gribov Perfil nuclear T A (b) b é o parâmetro de impacto n(r) é a densidade de matéria nuclear normalizada como

11 Funções de estrutura para x fixo Dependência na virtualidade para ambos os modelos Pequeno desvio para grande Q 2 Quarks (d,s) dominantes sobre u Acoplamentos eletrofracos Contribuição de charme 13%

12 Q 2 fixo com o modelo b-CGC Dependência aproximadamente como uma potência que cresce em Q 2 λ(Q 2 =1 GeV 2 ) ~ 0.12 λ(Q 2 =M 2 Z ) ~ Comportamento anormal no limit Q 2 e grande x

13 Q 2 fixo com o modelo GBW model Estimar a incerteza do ponto de vista teórico Modelo GBW não inclui a evolução da QCD na seção de choque de dipolos Similar ao modelo b-CGC F L possui distinção para Q 2 =M 2 Z Desvio em F L é maior no modelo b-CGC do que no modelo GBW

14 O experimento NuSOnG

15 NuSOnG (Neutrino Scattering on Glass) é um experimento que consiste de quatro detectores composto por segmentos extremamente sensíveis de calorímetros e um epectrômetro do múon 3500 toneladas Rodar dados em um programa de alvo fixo do Tevatron (NuTeV) 5x10 19 protons alvo/ano gerará, em 5 anos, 100 vezes mais dados que os experimentos atuais Processos puramente fracos poderão ser medidos pela primeira vez Proposta

16 O que irá fazer? Descoberta de física além do modelo padrão Violação de sabor leptônico Novas partículas, novas interações Determinar as funções de estrutura em um intervalo maior de x e Q 2 Medidas de quarks de mar Efeitos nucleares Violação de isospin Física eletrofraca Procura por novas partículas e interações Estudos precisos de QCD Difere do LHC porque o estado final (neutrino) é impossível de ser medido em tal experimento, o que será claro de ser verificado no NuSOnG

17 LHC x NuSOnG Revelar a natureza da quebra de simetria eletrofraca Encontro do Higgs irá melhorar a teoria eletrofraca Dados eletrofracos precisos, incluindo espalhamento de neutrinos, irão ser uma poderosa ferramenta para compreensão da física além do modelo padrão Influências diretas no setor eletrofraco Sensitividade para experimentos com neutrinos melhor que qualquer outro experimento Medidas irão fornecer acesso a modelos de novas interações que não podem ser verificados em HERA e LHC (ILC) LHC NuSOnG

18 Parâmetros de Peskin-Takeuchi (1990) Conjunto de três quantidades medidas (S, T, U) que parametrizam o potencial decontribuição de uma teoria / experimento para nova física Sendo nulo, com uma determinada massa de Higgs, temos o modelo padrão S diferença entre o número de férmions de mão-esquerda e o número de férmions de mão-direita, os quais carregam isospin T violação de isospin, ou basicamente, a diferença entre as correções a função de polarização no vácuo dos bósons Z e W Ambos são afetados pela massa do Higgs U contribuições muito pequenas (operador 8D)

19 Alcance

20 192 m

21 Parâmetros do NuSOnG

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23 Taxas de eventos Neutrinos (5x10 19 protons) Antineutrinos (1.5x10 20 protons)

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25 Próximos passos Além de estudo com vidro, existe a possibilidade de futuros experimentos com C, Al, Fe e Pb Submisão ao Fermilab 13 de setembro de 2007 Aprovação março de ou 3 anos para testar o detector Construção 3 ou 4 anos Tomada de dados iniciará em 2015 Custo ???

26 Funções de estutura charmosa NC Q2Q2 x F2F2 F3F3 F2F2 F3F3

27 Resultados para a seção de choque de corrente neutra Energy (GeV) σ charm (cm 2 )σ Charm / σ Total 275,4 x , ,9 x , ,1 x , ,0 x , ,3 x ,225 Contribuição de quarks de mar domina na região de altas energias Interação neutrino-próton

28 Resultados para a seção de choque em Corrente Neutra Energy (GeV)σ charm (cm 2 )σ Charm / σ Total 276,56 x ,25 x ,33 x ,04 x ,8 x , ,4 x Interação neutrino-núcleo 0.23 fb

29 Análises de espalhamento em corrente neutra na região de pequeno- x foi realizada considerando o formalismo de dipolos de cor Funções de estrutura F 2 e F L são investigadas Emprego de duas parametrizações fenomenológicas para a seção de choque de dipolos descreve bem os dados Predições diferentes para a região de pequeno-x Continuar a investigação NuSOnG Cálculo da contribuição de quark charm para a seção de choque consistente com resultados experimentais atuais Conclusões

30 Referências GAY DUCATI, M. B., M. M. M., MACHADO, M. V. T. – PLB 644 (2007) 340; ROBERTS, R. G., The structure of the proton, Cambridge University Press (1993); GOLEC-BIERNAT, K; WUSTHOFF, M. PRD 60, (1998); IANCU, ITAKURA, MUNIER,.PLB 590, 199 (2004); WATT, G. KOWALSKI, H. PRD 78 (2008) KWIECINSKI, J. et al. PRD 59 (1999) NIKOLAEV, N. N. ZAKHAROV, B. G., Z. Phys. C49 (1991) TZANOV, M. et al. PRD 74 (2006)


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