Инклюзивные и дифракционные процессы в квантовой хромодинамике: непертурбативные элементы факторизации и степенные поправки

• Автор: Пасечник, Роман Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 119 с. : ил.

светлой памяти моего дедушки Крючкова Григория Дмитриевича посвящается

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. R. S. Pasechnik, A. Szczurek and О. V. Teryaev, “Central exclusive production of scalar Xc meson at the Tevatron, RHIC and LHC energies,” Phys. Rev. D 78, 014007 (2008); arXiv:0709.0857 [hep-ph];
2. A. Szczurek, R. S. Pasechnik and О. V. Teryaev, “pp —> pprf reaction at high energies,” Phys. Rev. D 75, 054021 (2007); arXiv:hep-ph/0608302;
3. R. S. Pasechnik, О. V. Teryaev and A. Szczurek, “Scalar Higgs boson production in a fusion of two off-shell gluons,” Eur. Phys. J. С 47, 429 (2006); arXiv:hep-ph/0603258;
4. R. S. Pasechnik, D. V. Shirkov and О. V. Teryaev, “Bjorken Sum Rule and pQCD frontier on the move,” Phys. Rev. D 78, 071902 (2008); arXiv:0808.0066 [hep-ph];
5. P. С. Пасечник, О. В. Теряев и Д. В. Ширков, “Аналитическая теория возмущений, правило сумм Бьеркена и высшие твисты,” Сборник трудов семинара «Современные проблемы физики элементарных частиц», посвященного памяти И. JI. Соловцова, 17-18 января, г. Дубна (ЛТФ ОИЯИ).

Оглавление
Введение

1 Формализм эксклюзивного центрального рождения

1.1 Дифракционное рождение хиггсовского бозона
1.2 Амплитуда партонного подпроцесса
1.3 Переход на адронный уровень и судаковское
подавление
1.4 Непроинтегрированные глюонные распределения
1.5 Механизм померошюго обмена
1.6 Выводы
2 Рождение бозона Хиггса в подходе &ц-факторизации
2.1 Амплитуда образования бозона Хиггса при взаимодействии виртуальных глюонов
2.2 Оценка эффекта виртуальности глюонов
2.2.1 Эффект в формфакторах
2.2.2 Эффект в амплитуде
2.2.3 Эффект в инклюзивном сечении
2.2.4 Эффект в эксклюзивном дифракционном сечении.
Чувствительность к выбору НиГФуР
2.3 Выводы
3 Эксклюзивное рождение скалярного Хс(0++) мезона
3.1 Мотивация и постановка задачи
3.2 Дифракционный механизм
3.2.1 Общая кинематика процесса
3.2.2 Матричный элемент дифракционного рождения Хс(0++)
3.2.3 Сравнение с подходом Кайдалова-Хозе-Мартина-Рыскшга
(КХМР)
3.2.4 Сравнение результатов для вершин
3.3 КЭД механизм 7*7* —» Хс(0'г+)
3.3.1 Подход нерелятивистской КХД
3.3.2 Приближение эквивалентных фотонов
3.4 Померонный механизм
3.5 Сечение и фазовый объем
3.6 Результаты
3.6.1 Выбор масштабов и неопределенности в подходе КХМР
3.6.2 Дифференциальные распределения
3.6.3 Зависимость от энергии

Непосредственным приложением результатов нашего анализа является случай инклюзивного рождения хиггсовского бозона в протон-протонных взаимодействиях на БАК. Мы оценили, что относительное падение усредненного квадрата матричного элемента, вызванное заменой реальных формфакторов виртуальными, составляет порядка 1% и менее при физических параметрах, значимых для будущих экспериментов, так что этот эффект может быть проверен только в прецизионных измерениях. Однако эффект учета ненулевых виртуальностей на угловое распределение при ф « 7г/2 намного более существенен вследствие быстрого роста второго формфактора Gi как функции поперечных импульсов глюонов. Относительный рост квадрата матричного элемента при ф = п/2 составляет порядка 45 % для )ki,2j_| ~ 50 ГэВ.
Наблюдаемый эффект был оценен в рамках подхода /сх-факторизации, вычисляя кон-волюцию квадрата виртуального матричного элемента и непроинтегрированных глюонных распределений. Этот эффект, однако, экстремально мал и сосредоточен лишь в окрестности ф = 7г/2, что чрезвычайно усложняет его идентификацию в экспериментах с малой статистикой.
Мы обсудили отклонение инклюзивного сечения от cos2 -зависимости, предсказываемой в эффективном подходе. Найдена незначительная асимметрия на уровне 10~3 около ф = п/2. Учитывая, что -зависимость не является непосредственно измеряемой величиной, предсказанный эффект будет довольно сложно идентифицировать экспериментально.
Эффект глюонных виртуальностей на дифракционное рождение бозона Хиггса оказался немного более значительным - около 6 % в интегральном сечении, и происходит в основном вследствие учета форм фактора С?2 в амплитуде жесткого подпроцесса. Дифракционное сечение оказалось гораздо более чувствительным к выбору НиГФуР, чем инклюзивное сечение. Расчет с пятью различными вариантами НиГФуР - XJI, GBW, БФКЛ и гауссовым распределением с сто = 0.5, 1.0 ГэВ - показал разброс в сечении на три порядка величины. Это указывает на сильную чувствительность дифракционных эффектов к непертурбативной динамике глюонов с малыми поперечными импульсами. Распределение БФКЛ приводит к сильно завышенным сечениям и требует модификации с учетом нелинейных поправок следующего порядка, что запланировано для будущих исследований.
Мы также рассмотрели различные дифференциальные распределения и указали, в частности, что в рамках “дарамской модели” сильно нарушена cos2 Ф-зависимость по углу между выходящими протонами, которая возникает в одноступенчатой реакции типа померонного обмена.
Эти выводы будут находить подтверждение и в дальнейшем при изучении дифракционного образования тяжелых кваркониев. Реальный эксперимент поможет осуществить выбор не только между различными моделями, лежащими в основе дифракционных процессов, но и значительно сузить набор допустимых НиГФуР, поставив ограничения на соответствующие дифференциальные распределения. В следующей главе мы рассмотрим как это может быть сделано на примере экспериментально более доступного процесса дифракционного образования скалярного чармония, где мы предложим более детальные оценки неопределенностей н их экспериментальных последствий.