Slide 1 - if

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
[email protected]
www.if.ufrgs.br/gfpae
* In collaboration with M. B. Gay Ducati and M. V. T. Machado
Outline
•
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
Motivações
•
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 F2 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
Colisão neutrino-nucleon
Z (q)
p’j
pi
pj
 M é a massa do nucleon
 E é a energia do neutrino
pk
 p e q são os quadri-momenta
do bóson e do nucleon
Seção de choque neutrino-nucleon
 GF é a constante de Fermi
1.166.10-5 GeV-2
 Mi é a massa do bóson
 F2, FL e F3 são as funções de estrutura

d  ( N ) GF2 mN E

xq( x)  xq( x)(1  y) 2
dxdy



d  ( N ) GF2 mN E

xq( x)(1  y ) 2  x q( x)
dxdy


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 .
Funções de estrutura
sin 2 θW = 0.23120
Chiral
coupling
K0,1 são as funções de McDonald
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
Seção de choque de dipolos
• Golec-Biernat-Wusthoff (GBW)
2

 r 2Qsat


 dip ( x, r )   0 1  exp  
4 


2
, 0 = 23 mb,  ~ 0.288, x0 ~ 3.10-4 m, mf = 0.14 GeV
• Iancu-Itakura-Munier (IIM)
Y=ln(1/x), BCGC = 5.5 GeV-2
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
 L,R ( x, Q2 )   |  A ( x, r ) |  
A
  d r  dz  L , R ( z, r , Q )  dip
. ( x, r )
2
1
1 ,2
0

2
2
1 ,2
Perfil nuclear TA (b)

TA (b)   dzn( z 2  b 2 )


b é o parâmetro de impacto

n(r) é a densidade de matéria nuclear normalizada como
 d rn(r )  A
3
Funções de estrutura para x fixo
Dependência na virtualidade
para ambos os modelos
Pequeno desvio para grande
Q2
Quarks (d,s) dominantes sobre
u
Acoplamentos eletrofracos
Contribuição de charme
13%
Q2 fixo com o modelo b-CGC
 Dependência
aproximadamente como
uma potência que cresce
em Q2
 λ(Q2=1 GeV2) ~ 0.12
 λ(Q2=M2Z) ~ 0.224
 Comportamento anormal
no limit Q2 e grande x
Q2 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
 FL possui distinção para
Q2=M2Z
 Desvio em FL é maior no
modelo b-CGC do que no
modelo GBW
O experimento NuSOnG
Proposta
 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)
 5x1019 protons alvo/ano gerará, em 5 anos, 100 vezes mais dados que
os experimentos atuais
 Processos puramente fracos poderão ser medidos pela primeira vez
O que irá fazer?
 Descoberta de física Física
além do modelo
padrão
eletrofraca
 Violação de sabor leptônico
Procura por novas partículas e interações
 Novas partículas, novas interações
 Determinar as funções de estrutura em um intervalo maior de x e Q2
Estudos precisos de QCD
 Medidas de quarks de mar
 Efeitos nucleares
Difere do LHC porque o estado final (neutrino) é
 Violação de
impossível
deisospin
ser medido em tal experimento, o que será
claro de ser verificado no NuSOnG
LHC x NuSOnG
LHC
 Revelar a natureza da
quebra de simetria
eletrofraca
NuSOnG
 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)
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)
Alcance
Parâmetros do NuSOnG
Taxas de eventos
Neutrinos (5x1019 protons)
Antineutrinos (1.5x1020 protons)
Próximos passos
 Além de estudo com vidro, existe a possibilidade de futuros
experimentos com C, Al, Fe e Pb
 Submisão ao Fermilab
 Aprovação
março de 2008
 2 ou 3 anos para testar o detector
 Construção
3 ou 4 anos
Tomada de dados iniciará em 2015
 Custo ???
13 de setembro de 2007
Funções de estutura charmosa NC
Q2
F2
F3
x
F2
F3
Resultados para a seção de choque de
corrente neutra
 Contribuição de quarks de mar
domina na região de altas
energias
Interação neutrino-próton
Energy
(GeV)
σcharm (cm2)
σCharm/ σTotal
27
5,4 x 10-40
0,027
154
1,9 x 10-38
0,135
1000
7,1 x 10-37
0,154
10000
3,0 x 10-35
0,193
100000
3,3 x 10-34
0,225
Resultados para a seção de choque em
Corrente Neutra
Energy (GeV)
σcharm (cm2)
σCharm/ σTotal
27
6,56 x 10-44
3,25 x 10-3
154
2,33 x 10-42
1,04 x 10-2
108
5,8 x 10-33
0,25
109
1,4 x 10-33
0.41
Interação neutrino-núcleo
0.23 fb
Conclusões
 Análises de espalhamento em corrente neutra na região de pequenox foi realizada considerando o formalismo de dipolos de cor
 Funções de estrutura F2 e FL 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
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, 1140231 (1998);
 IANCU, ITAKURA, MUNIER, .PLB 590, 199 (2004);
 WATT, G. KOWALSKI, H. PRD 78 (2008) 014016
 KWIECINSKI, J. et al. PRD 59 (1999) 093002
 NIKOLAEV, N. N. ZAKHAROV, B. G., Z. Phys. C49 (1991)
 TZANOV, M. et al. PRD 74 (2006) 012008