Produção de quarks em processos de Corrente Neutra utilizando o formalismo de dipolos *

1. 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

2. 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

3. 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

4. Colisão neutrino-nucleon Z (q) p’j pi • M é a massa do nucleon • E é a energia do neutrino • p e q são os quadri-momenta do bóson e do nucleon pj pk

5. 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

6. 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.

7. Funções de estrutura sin 2θW = 0.23120 Chiral coupling K0,1 são as funções de McDonald

8. 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

9. 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 Y=ln(1/x), BCGC = 5.5 GeV-2

10. 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

11. 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%

12. 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

13. 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

14. O experimento NuSOnG

15. 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

16. O que irá fazer? 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 • 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

17. LHC x NuSOnG LHC • 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 NuSOnG • 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)

18. 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)

19. Alcance

20. 192 m

21. Parâmetros do NuSOnG

23. Taxas de eventos Neutrinos (5x1019 protons) Antineutrinos (1.5x1020 protons)

25. 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 ???

26. Funções de estutura charmosa NC Q2 x F2 F2 F3 F3

27. Resultados para a seção de choque de corrente neutra • Contribuição de quarks de mar domina na região de altas energias Interação neutrino-próton

28. Resultados para a seção de choque em Corrente Neutra 0.23 fb Interação neutrino-núcleo

29. Conclusões • 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

30. 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