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

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

33 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 sinal background Estimar taxa difrativa para produção de quarks pesados em colisões nucleares para o LHC em NLO ENAF – Rio de Janeiro M. B. Gay Ducati, M. M. Machado, M. V. T. Machado, PRD 75, (2007)

4 Introdução Mésons Bárions 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 SaborMassa GeV/c 2 Carga ENAF – Rio de Janeiro 2010

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

66 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 ENAF – Rio de Janeiro G. Ingelman and P. Schlein, Phys. Lett. 152B (1985) 256.

77 Função de estrutura do Pomeron Parametrização para o fator de fluxo e função de estrutura Parâmetro normalizado m p = massa do próton ParâmetroValor α IP B IP α(0) Normalizado para H1 Collaboration 4 ENAF – Rio de Janeiro H1 Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) 715

88 Gap Descrita em termos de correções de absorção Múltiplos Pomeron probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP) A(s,b) amplitude do processo difrativo de interesse particular P S (s,b) probabilidade de que não ocorram interações inelásticas entre as partículas remanescentes Probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (GSP) ENAF – Rio de Janeiro 2010

99 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 (%) ENAF – Rio de Janeiro E. Gotsman, E. Levin, U. Maor and A. Prygarin, arXiv:hep-ph/

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

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

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

13 Produção NLO Constante de acoplamento n 1f = 3 (4) charm (bottom) ENAF – Rio de Janeiro 2010

14 Funções NLO a0a a1a a2a a3a Usando um ajuste com os dados ao invés do resultado numérico integrado 8 a4a a5a a6a a7a Erro de menos de 1% ENAF – Rio de Janeiro P. Nason, S. Dawson, R. K. Ellis Nucl. Phys. B303 (1988) 607

15 Funções NLO Funções auxiliares ENAF – Rio de Janeiro 2010

16 Seção de choque difrativa Fator de fluxo do Pomeron 9 Função de estrutura do Pomeron (H1) Modelo KKMR = 0.06 para eventos de difração simples no LHC 10 ENAF – Rio de Janeiro H1 Coll. A. Aktas et al, Eur. J. Phys. J. C48 (2006) V. A. Khoze, A. D. Martin, M. G. Ryskin, Eur. Phys. J. C18, 167 (2000)

17 Produção nuclear de quarks pesados Caso inclusivo 11 A Ca = 40 (6.3 TeV) A Pb = 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 Caso difrativo 12 ENAF – Rio de Janeiro N. M. Agababyan et al Phys. Atom. Nucl. 62, 1572 (1999) 12 K. Tuchin, arXiv: v2 [hep-ph] (2009)

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 M c = 1.5 GeV Colisões pp 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 = 0.06 M b = 4.7 GeV Colisões pp 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 ENAF – Rio de Janeiro 2010

21 Seções de choque nuclear inclusiva em NLO A Ca = 40 (6.3 TeV) A Pb = 208 (5.5 TeV) A pPb = 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 ( = 0.06) ENAF – Rio de Janeiro 2010 difrativo S 2 = 3,22 (%) S 2 = 3,11 (%) S 2 = 2,87 (%)

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

23 Resultados incoerente Não existe valores de para eventos de difração simples em colisões AA Estimativas para produção central de Higgs 13 ~ 8 x Valores da seção de choque difrativa em região possível de ser verificada experimentalmente ENAF – Rio de Janeiro E. Levin; J. Miller arXiv: v1 [hep-ph] (2008)

24 Resultados duplo difrativo ENAF – Rio de Janeiro 2010 Energia (TeV) Diff charm (μb)R charm (%) Diff bottom (μb)R bottom (%) 5.531,091,6 x ,324 x ,843 x ,258 x ,632 x ,284,9 x Não existe valores de para eventos duplo difrativos em colisões AA Valores da seção de choque difrativa em região possível de ser verificada experimentalmente

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 E CM Razão difrativa calculada usando modelo Ingelman-Schlein e correções de absorção (NLO) Não existe predições para 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

26 COMPARAÇÃO COM DADOS ENAF – Rio de Janeiro 2010

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