produção de quarks em processos de corrente neutra utilizando o formalismo de dipolos *
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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 – UFRGS, Porto Alegre
melo.machado@ufrgs.br
www.if.ufrgs.br/gfpae
* In collaboration with M. B. Gay Ducati and M. V. T. Machado
• 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
• 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
Motivações
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)
pi
p’j
pj
pk
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
Seção de choque neutrino-nucleon
)()1)(( 22)(
xqxyxxqEmG
dxdy
d NFN
22)(
)1)(()( yxqxxxqEmG
dxdy
d NFN
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
Chiral
coupling
sin 2 θW = 0.23120
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)
• Iancu-Itakura-Munier (IIM)
, 0 = 23 mb, ~ 0.288, x0 ~ 3.10-4 m, mf = 0.14 GeV
4exp1),(
22
02 sat
dip
Qrrx
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
Perfil nuclear TA (b)
b é o parâmetro de impacto
n(r) é a densidade de matéria nuclear normalizada como
|),(|),( 2, rxQx ARL
21
21
,.
22,,
1
0
2 ),(),,(
rxQrzdzrd AdipRL
)()( 22 bzdznbTA
Arrnd )(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=M2
Z
Desvio em FL é maior no modelo b-CGC do que no modelo GBW
O experimento NuSOnG
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
Proposta
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 Q2
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
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
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
192 m
Parâmetros do NuSOnG
Taxas de eventosNeutrinos (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 13 de setembro de 2007
Aprovação março de 2008
2 ou 3 anos para testar o detector
Construção 3 ou 4 anos
Tomada de dados iniciará em 2015
Custo ???
Funções de estutura charmosa NCQ2 x
F2
F3
F2
F3
Resultados para a seção de choque de corrente neutra
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
Contribuição de quarks de mar domina na região de altas energias
Interação neutrino-próton
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
Análises de espalhamento em corrente neutra na região de pequeno-x 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
Conclusões
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
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