Processos Elétron-Próton

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1 Produção de Quarks Charm em Processos Elétron-Próton M. M. Machado Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul Seminários GFPAE - 25/1 p.1

2 Tópicos Conceitos básicos Espalhamento Profundamente Inelástico Equações de evolução Estudando o Charm Resultados obtidos Perspectiva Experimental Seminários GFPAE - 25/1 p.2

3 Conceitos Básicos Os quarks interagem fortemente pela troca de glúons. Seminários GFPAE - 25/1 p.3

4 Cromodinâmica Quântica A Interação Forte é descrita pela Cromodinâmica Quântica (QCD). Quarks formam um estado de ligação Cada quark possui uma cor Azul,Vermelho,Verde A QCD somente prediz a evolução das distribuições partônicas. Seminários GFPAE - 25/1 p.4

5 Descrevendo o próton através do DI Interação eletromagnética entre elétron (fóton) e próton Forma mais simples de investigar a estrutura hadrônica no limite de altas energias, pois apenas uma partícula com subestrutura participa do processo!! F 2 (x, Q 2 ) = i σγ q i (x, Q2 µ 2, α s ) q i (x, µ 2 ) F 2 (x, Q 2 ) = i e2 q i xq i (x, Q 2 ) Seminários GFPAE - 25/1 p.5

6 Equações de evolução (I) Equação DGLAP a para a distribuição de glúons: g(x, Q 2 ) g(x, Q 2 ) d ( ) q i(y, Q 2 ) dlogq 2 g(x, Q 2 ) + g(y, Q 2 ) P gq ( x ) y P gg ( x) y Solução para pequeno x: [ xg(x, Q 2 ) exp 2 α s ln 1 x ] Q2 ln Q 2 a Dokshitzer-Gribov-Lipatov-Altarelli-Parisi Seminários GFPAE - 25/1 p.6

7 Equações de evolução (II) Equação GLR a para a distribuição de glúons: 2 xg(x,q 2 ) = ln 1 ln Q2 x α sn c π xg(x, Q2 ) α2 s Q 2 R 2 γ[xg(x, Q 2 )] 2 Primeiro termo reproduz o limite de pequeno x da equação DGLAP e caracteriza o processo de emissão g gg. Segundo termo, não linear na distribuição de glúons, caracteriza o processo de recombinação gg g Primeira correção não-linear à DGLAP para pequeno x. Para grandes valores de Q 2, o segundo termo torna-se desprezível. Devido à contribuição negativa, o comportamento de xg para pequeno x é suavizado. a Gribov-Levin-Ryskin Seminários GFPAE - 25/1 p.7

8 Parametrizações Condições iniciais das equações DGLAP e GLR podem ser obtidas a partir da análise global dos dados experimentais. Parametrizações DGLAP: GRV (M. Gluck, E. Reya e A. Vogt), MRST (A. Martin, R. Roberts, W. Stirling e R. Thorne) Parametrização GLR: EHKQS (K. Eskola, H. Honkanen, V. Kolhinen, J. Qiu. e C. Salgado) Seminários GFPAE - 25/1 p.8

9 Diferenças entre parametrizações GRV - Considera como condição inicial de energia valores < 1 GeV 2 MRST - Considera como condição inicial de energia valores > 1 GeV 2 Forte crescimento de xg para pequeno x (x Q2 E 2 CM ) Crescimento indefinido da seção de choque, violando o limite de Froissart (σ cte log 2 E CM )!! (unitariedade da matriz S) EHKQS - Basea-se nas condições iniciais da MRST e procura aperfeiçoar a evolução para não violar o Limite de Froissart Seminários GFPAE - 25/1 p.9

10 Distribuição de Glúons xg (x,q 2 ) Q 2 = 1.5 GeV 2 Q 2 = 1.8 GeV 2 GRV98(LO) EHKQS MRST21(LO) 2 15 Q 2 = 2. GeV 2 Q 2 = 3.5 GeV 2 xg (x,q 2 ) x x A parametrização EHKQS, solução da equação GLR, diminui o crescimento de xg para pequeno x em comparação à GRV. Embora o comportamento de xg predito pela parametrização MRST seja mais suave, suas implicações para pequeno x e Q 2 são questionáveis teoricamente, devido ao modo como as condições iniciais são analisadas. É fundamental estudarmos quantidades observáveis que dependam fortemente do comportamento de xg! Seminários GFPAE - 25/1 p.1

11 Produção de quarks charm A contribuição para a função de estrutura da produção de quarks charm é dada por: 1 x F c 2 (x, Q2, m 2 c) = 2e 2 c α s (µ 2 ) 2π 1 ax dy y Cc g,2 ( x y, m2 c Q 2 ) g(y, µ 2 ), onde e c = + 2 3, a = 1 + 4m2 c Q 2, µ 2 = 4m 2 c, m c = 1.5 GeV e a função C c g,2 caracteriza o processo de interação γ g cc. O comportamento de F2 c para pequeno x está diretamente associado à distribuição de glúons neste regime cinemático. Os dados experimentais para F2 c podem ser utilizados para vincular o comportamento de xg e da dinâmica QCD para pequeno x. Seminários GFPAE - 25/1 p.11

12 Resultados (I): Produção de quarks charm para pequenos valores da virtualidade do fóton Q 2..2 Q 2 = 1.5 Q 2 = 1.8 Q 2 = 2 F 2 c (x,q 2 ) H1 H1 GRV98 MRST21 EHKQS.5.4 Q 2 = 3.5 Q 2 = 4 Q 2 = 6.5 F 2 c (x,q 2 ) x x x Seminários GFPAE - 25/1 p.12

13 Resultados (II): Contribuição de quarks charm para a função de estrutura do próton para pequenos valores da virtualidade do fóton Q 2.,4,4 F 2 c / F2,2 Q 2 = 2 GeV 2 GRV98 Q 2 = 4 GeV 2 Zeus (23) MRST21,2 EHKQS,4,4 Q 2 = 7 GeV 2 Q 2 = 11 GeV 2 F 2 c / F2,2, Seminários GFPAE - 25/1 p.13

14 Perspectiva Experimental Colisionador ep THERA (DESY): s = 1 TeV ( 28). Q 2 (GeV 2 ) SLAC BCDMS NMC THERA 1 4 E665 ZEUS 1 3 H HERA kinematic limit x Seminários GFPAE - 25/1 p.14

15 Sumário & Conclusão O comportamento dos observáveis no regime de altas energias a serem estudados nos futuros colisionadores depende diretamente do conteúdo de glúons no interior do próton; A componente charmosa da função de estrutura do próton F2 c é determinada pela distribuição de glúons. Consequentemente, o estudo deste observável pode ser utilizado para vincular xg. Neste projeto estudamos as diferentes parametrizações existentes na literatura e comparamos suas predições com os dados experimentais do colisionador HERA. Conclusão: Os dados atuais não permitem discriminar claramente entre as diferentes parametrizações. Entretanto, a análise de F2 c no futuro colisionador THERA na região de menores valores de x deverá permitir a distinção entre as diferentes predições e, consequentemente, vincular xg e a dinâmica das interações fortes no regime de altas energias. Seminários GFPAE - 25/1 p.15