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