Fizyka 15 lat eksperymentów H1 i ZEUS na akceleratorze HERA (2): stany hadronowe



Podobne dokumenty
DYFRAKCJA W ODDZIAŁYWANIACH e-p NA AKCELRATORZE HERA

Fizyka do przodu w zderzeniach proton-proton

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład V. spin protonu struktura fotonu

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV

Wstęp do oddziaływań hadronów

Fizyka do przodu Część 2: przegląd wyników z CMS

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV. rekonstrukcja przypadków NC DIS wyznaczanie funkcji struktury.

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład III

Struktura porotonu cd.

kwarki są uwięzione w hadronie

Wstęp do chromodynamiki kwantowej

WYKŁAD 13. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW 5.I Hadrony i struny gluonowe

th- Zakład Zastosowań Metod Obliczeniowych (ZZMO)

Produkcja dżetów do przodu w głęboko nieelastycznym rozpraszaniu ep na akceleratorze HERA

Poszukiwany: bozon Higgsa

Rozpraszanie elektron-proton

WYKŁAD I Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Model Standardowy AD 2010

Oddziaływania elektrosłabe

Najgorętsze krople materii wytworzone na LHC

Wstęp do Modelu Standardowego

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IV

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Rozszyfrowywanie struktury protonu

Procesy dyfrakcyjne w wysokoenergetycznych zderzeniach hadronów na akceleratorze LHC

Fizyka na akceleratorze HERA: eksperyment H1

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Rozpraszanie elektron-proton

Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności

Badanie właściwości przypadków produkcji dżet-przerwa w rapidity-dżet na Wielkim Zderzaczu Hadronów

Rozpraszanie elektron-proton

Struktura protonu - czyli dziedzictwo zderzacza HERA.

r. akad. 2008/2009 V. Precyzyjne testy Modelu Standardowego w LEP, TeVatronie i LHC

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Cząstki elementarne i ich oddziaływania III

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Oddziaływania słabe 4.IV.2012

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Fizyka do przodu: AFP, ALFA Janusz Chwastowski

Zderzenia relatywistyczne

Theory Polish (Poland)

Na tropach czastki Higgsa

WYKŁAD 8. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Oddziaływania słabe

WYKŁAD Wszechświat cząstek elementarnych. 24.III.2010 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masa W

Przegląd działalności naukowej Zakład Oddziaływań Leptonów NZ11

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

Budowa nukleonu. Krzysztof Kurek

WYKŁAD 5 sem zim.2010/11

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5

Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

1. Wcześniejsze eksperymenty 2. Podstawowe pojęcia 3. Przypomnienie budowy detektora ATLAS 4. Rozpady bozonów W i Z 5. Tło 6. Detekcja sygnału 7.

Wszechświat czastek elementarnych

WYKŁAD 6. Oddziaływania kolorowe cd. Oddziaływania słabe. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Fizyka hadronowa. Fizyka układów złożonych oddziałujących silnie! (w których nie działa rachunek zaburzeń)

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Eksperyment ALICE i plazma kwarkowo-gluonowa

Z czego i jak zbudowany jest Wszechświat? Jak powstał? Jak się zmienia?

Stany skupienia (fazy) materii (1) p=const Gaz (cząsteczkowy lub atomowy), T eratura, Tempe Ciecz wrzenie topnienie Ciało ł stałe ł (kryształ)

Zespół Zakładów Fizyki Jądrowej

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Bozon Higgsa oraz SUSY

WYKŁAD 7. Wszechświat cząstek elementarnych. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

Fizyka zderzeń relatywistycznych jonów

W jaki sposób dokonujemy odkryć w fizyce cząstek elementarnych? Maciej Trzebiński

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów

WYKŁAD 9. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW 4.V Hadrony i struny gluonowe

I. Przedmiot i metodologia fizyki

LHC i po co nam On. Piotr Traczyk CERN

Wstęp do oddziaływań hadronów

Fizyka hadronowa. Fizyka układów złożonych oddziałujących silnie! (dla których nie działa rachunek zaburzeń)

Wielka Unifikacja. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład XI. Co to jest ładunek?... Biegnaca stała sprzężenia i renormalizacja w QED Pomiar

Podróż do początków Wszechświata: czyli czym zajmujemy się w laboratorium CERN

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wielka Unifikacja. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład IX. Co to jest ładunek?...

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Jak to działa: poszukiwanie bozonu Higgsa w eksperymencie CMS. Tomasz Früboes

Produkcja czastek dziwnych w głęboko nieelastycznych zderzeniach ep w eksperymencie H1

Marcin Kucharczyk Zakład XVII

Atomowa budowa materii

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Rozdział 7 Kinematyka oddziaływań. Wnioski z transformacji Lorentza. Zmienna x Feynmana, pospieszność (rapidity) i pseudopospieszność

Katarzyna Grebieszkow Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej Zakład Fizyki Jądrowej Pracownia Reakcji Ciężkich Jonów

WYKŁAD V Wszechświat cząstek elementarnych. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Hadrony i struny gluonowe. Model Standardowy AD 2010

Oddziaływania fundamentalne

Zderzenia relatywistyczne

Czego już dowiedzieliśmy się dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów LHC

Plazma Kwarkowo-Gluonowa

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Skad się bierze masa Festiwal Nauki, Wydział Fizyki U.W. 25 września 2005 A.F.Żarnecki p.1/39

Akceleratory Cząstek

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Katarzyna Grebieszkow Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej Zakład Fizyki Jądrowej Pracownia Reakcji Ciężkich Jonów

Oddziaływania. Przekrój czynny Zachowanie liczby leptonowej i barionowej Diagramy Feynmana. Elementy kwantowej elektrodynamiki (QED)

Światło fala, czy strumień cząstek?

Salam,Weinberg (W/Z) t Hooft, Veltman 1999 (renomalizowalność( renomalizowalność)

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Transkrypt:

Fizyka 15 lat eksperymentów H1 i ZEUS na akceleratorze HERA (2): stany hadronowe Jan Figiel H1 proton, 920 GeV ZEUS elektron, 27.5 GeV...badamy fundamentalne cząstki i siły natury w zderzeniach e p przy najwyższych energiach oddziaływania kwarków i gluonów, weryfikujemy Model Standardowy oddziaływań elementarnych, poszukujemy nowej fizyki... 1

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p: Wstęp 1 HERA: e± (27.5 GeV) p (820/920/575/460 GeV) Q2 0 Q2 > 0 γ* p hadrony (quasi-) fotoprodukcja (PHP) rozpr. głęboko nieelastyczne (DIS) DIS (Model kwarków/partonów, QPM): oddział. γ* proton = suma oddział. γ* kwark/parton fragmentacja partonu hadrony = faktoryzacja twardego i miękkiego oddziaływania Struktura protonu, kwarki, gluony... Chromodynamika kwantowa (QCD) teoria oddziaływań kwarków i gluonów Q2 γ* virtuality (0 105 GeV2) s EeEp, s 300 GeV W γ* p CMS energy (20-290 GeV) x Q2/W2 Bjorken x = fractional parton momentum in proton Breit frame y Q2/(sx) fractional energy transfer to p 2

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p: Wstęp 2 Układ środka masy γ* p (CMS) Układ Breita: q(γ*) = (0,0,0,Q) xf = pl/pmax, x Feynmanna y η = -ln(tan(θ/2)), (pseudo-)rapidity pt = pęd poprzeczny Układ spoczywającego protonu: warunek dyfrakcji (koherencji): długość fluktuacji (γ* dipol qq) = = 2Eγ/(mqq2 + Q2) > 1 fm x < 0.01 Na akceleratorze HERA dyfrakcja ma miejsce także przy Q2 >> 0 i stanowi ~10% widzialnego przekroju czynnego! 3

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p Rozkłady krotności hadronów Rozkłady inkluzywne zmiennych hadronowych Korelacje między hadronami, intermitencja, korelacje BE (L. Zawiejski - hab.) Poszukiwanie instantonów (S. Mikocki - hab.) Badania strumieni hadronowych ( jets ); wyznaczanie silnej stałej sprzężenia αs Własności strumieni i hadronów w obszarze do przodu (sąsiedztwo protonu) poszukiwanie dynamiki BFKL przy małym xbj (L. Görlich - hab.) Produkcja hadronów z ciężkimi kwarkami 4

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p Inkluzywne rozkłady względnego pędu z hadronów (e-p układ Breita) dn/dz ~ f(x,q2) σ(q2) D(z,Q2) gęstość partonów funkcja fragmentacji przekrój partonowy Porównanie e-p z e+e- : uniwersalność fragmentacji partonów łamanie skalowania 5

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p Strumienie hadronowe (jets) w DIS i PHP: Dynamika partonów Gęstości partonowe (PDFs) Silne sprzężenie α i jej zależność od skali s Struktura jetu: Róznice między jetem z kwarku, gluonu czy ciężkiego kwarku, modele fragmentacji Ogólnie pqcd OK ale obliczenia wyższych rzędów - trudne... 6

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p αs(mz) = 0.1182 ± 0.0008(exp.) +0.0041-0.0031(skala QCD) ±0.0018(PDF) 7

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p Precyzyjny pomiar: Δ(exp.) 0.7 %, Δ(theory) 3.5 % (NLO, czekamy na NNLO...) 8

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p Dynamika kaskady partonowej przy małym xbj: szukanie sygnału ewolucji BFKL DGLAP (Dokshitzer, Gribov, Altarelli, Parisi 72-76), ewolucja w Q2, uporządkowane kt partonów BFKL (Balitsky, Fadin, Kuraev, Lipatov 76), ewolucja w xbj, uporządkowanie w x partonów CCFM (Catani, Ciafaloni, Fiorani, Marchesini 88-90), interferencja QCD uporządkowanie kątowe partonów DGLAP i BFKL opisują wzrost F2 przy x 0, Ewolucja BFKL więcej partonów o dużym pt, blisko protonu niż w ewolucji DGLAP 9

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p DIS: produkcja mezonów π0 o dużym pt, do przodu Rachunki analityczne i modele MC z kaskadą typu BFKL lepszy opis danych doświadczalnych J. Kwieciński + uczniowie 10

Produkcja hadronów w oddziaływaniach e-p DIS: produkcja strumieni hadronów do przodu MC z ewolucją BFKL lub CCFM trochę lepszy opis danych ale... Za mała energia (przestrzeń fazowa) żeby rozróżnić BFKL, DGLAP czy CCFM MC z ewolucją DGLAP 11

Model Regge - pomeron QCD Ekskluzywna foto- i elektroprodukcja mezonów wektorowych ρ, φ, J/Ψ, Υ (VM) Fotoprodukcja VM z dysocjacją protonu (K. Klimek - dr, D. Szuba - dr) Poszukiwanie odderonu Inkluzywna dyfrakcja dyfrakcyjne gęstości partonów (dpdfs) Semiinkluzywna dyfrakcja testy faktoryzacji QCD 12

Dyfrakcja w oddziaływaniach hadronów Rozpraszanie światła: dyfrakcja Fraunhofera (1/k <<R) Elastyczne rozpraszanie hadron-hadron: t = 4k2sin2(θ/2), dσ/dt ~ exp(-b t ), b = (R/2)2 8-10 GeV-2 13

Dyfrakcja w oddziaływaniach hadronów Nieelastyczna dysocjacja dyfrakcyjna hadronów warunek koherencji: ΔI = ΔQ = ΔS = 0, ΔP = (-1)J ξ = MX2/s = ΔpL/pL = 1 - x < mπ /mp = 0.15 Δη = ln(1/ξ) > 2, ( large rapidity gap, LRG ) 14

Dyfrakcja w oddziaływaniach hadronów Model Regge oddziaływań hadronów (1959): Analityczna struktura amplitudy hadronowej: procesy dwuciałowe: wymiana trajektorii (s ) α(t) = α0 + α' t dσ/dt ~ F(t) s2α(t) -2 = F(t) s2α(0) -2 exp(2α' log(s) t) σtot ~ sα(0) -1 Rozpraszanie elastyczne, s > 20 GeV: wymiana specjalnej trajektorii, tzw. Pomeronu IP (l. kwantowe próżni, dyfrakcja wymiana Pomeronu) uniwersalna parametryzacja tzw. miękkiego Pomeronu Donnachie Landshoff (1983): αip(t) = 1.08 + 0.25 t QCD: Pomeron = 2 gluony (Low, Nussinow 1975) Czy Pomeron QCD jest uniwersalny? 15

Dyfrakcyjna produkcja mezonów wektorowych Vector Dominance Model + Regge γ*p VM p = (γ* VM) (VM p VM p) VM p VM p DL IPomeron exchange dσ/dt ~ exp(-b(w)t), b ~ Rint2 10 GeV-2 b(w) = (bvm +bp +α' ln(w 2)) ( shrinkage ) σvmp ~ W 4(α0-1)/b(W) ~ W δ, δ 0.22 Perturbacyjna QCD Large Q 2, MVM or t small qq dipol QCD Pomeron exchange: 2 gluons (colour singlet) σvmp ~ (xg(x))2 ~ W 0.7!!! b << 10 GeV-2, weak shrinkage VM@HERA: przejście miękkie - twarde oddziaływania; laboratorium skal QCD Pomeron DL Pomeron QCD 16

Dyfrakcyjna produkcja mezonów wektorowych 17

Fotoprodukcja: zależność energetyczna: σ ~ Wδ γp γp RSS = Rybarska, Schäffer, Szczurek Im cięższy VM tym silniejsza zależność energetyczna 18

Foto- i elektroprodukcja VM: zależność energetyczna σ~w δ δ 4(αIP(0) - 1) VM: większa skala twardości Q2+M2 silniejszy wzrost z W, twardy Pomeron QCD miękki Pomeron Donnachie-Landshoff 19

Foto- i elektroprodukcja VM: różniczkowy przekrój czynny dσ/dt ~ e-b t VM: większa skala twardości Q2+M2 mniejsze nachylenie b ( ~rozmiar oddziaływania), skala Q2+M2 kontroluje rozmiar/twardość oddziaływania 20

Pomeron QCD =?... γ p J/ψ Y μ+ μ- Y, Duża MJ/ψ, t pqcd proton dysocjuje... Dynamika kaskady gluonowej: Dokshitzer, Gribov, Lipatov, Altarelli, Parisi (DGLAP): uporządkowanie pędów poprz. gluonów, ewolucja w Q2 Balitsky, Fadin, Kuraev, Lipatov (BFKL): brak uporządkowania pędów poprz. gluonów, ewolucja w x (1/W) dσ/dt ~ t -n wymiana 2-gluonowa σ(w) = const! wymiana drabiny gluonowej DGLAP σ(w) const(w) BFKL σ(w), W...! 21

γ p J/ψ Y, 50 < W < 150 GeV Model z Pomeronem BFKL najlepiej opisuje dane doświadczalne: najwyraźniejszy sygnał dynamiki BFKL na akceleratorze HERA 22

Dyfrakcja inkluzywna Metody selekcji: 3.3 < η < 7.5, proton tagging Large Rapidity Gap MX method ηmax < 3 23

Dyfrakcja inkluzywna: Udział dyfrakcji inkluzywnej spada tylko logarytmicznie z Q2 : twarda dyfrakcja 24

Twierdzenie o faktoryzacji QCD: dyfr. przekrój czynny dyfr. funkcja struktury dpdfs Hipoteza faktoryzacja verteksu protonowego (Regge): funkcja struktury IPomeronu MX mass of diffractive system (without p') xip = (Q2+MX2)/(Q2+W2), relative momentum IP/p β = Q2/(Q2+MX2) x/xip, relative momentum q/ip t squared 4-momentum transfer p - p' fip(xip,t) = = A(1/xIP)2α(t)-1 exp(bt) If t not measured F2IP(z,Q2) = A zb(1-z)c FD2, y < 1 (FDL = 0 at LO) reduced cross section proton vertex factorization (?): IPomeron flux (Regge form) IPomeron structure function!!! 25

Dyfrakcja inkluzywna: metoda LRG vs MX metoda LRG: H1 vs ZEUS 26

Dyfrakcja inkluzywna: H1 : σrd(3) NLO DGLAP fits (+ Regge factorisation) diffractive PDFs FIP2(z,Q2) z = fraction of parton momentum in hard scattering/ipomeron ( = β) 27

Test faktoryzacji: dyfrakcyjna prod. 2 jetów w DIS dpdf part) =? η zip = (Q2+MJJ2)/(Q2+MX2) (= z) H1 2006 dpdf fit B lepiej opisuje dane faktoryzacja działa w DIS! 28

Dyfrakcja inkluzywna: σtot(γ*p) Dyfrakcja Udział dyfrakcji (ustalona MX, Q2) const(w), naturalne w modelu saturacji, K. Golec-Biernat Słaba zależność dyfrakcji inkluzywnej od energii, Pomeron QCD miękki Pomeron DL...???... 29

Podsumowanie HERA była maszyną QCD, Frank Wilczek (Nobel 2004): HERA ma istotny udział w weryfikacji QCD Precyzja pomiarów hadronowych lepsza niż obliczeń pqcd... Analiza materiału doświadczalnego HERA-2 ciągle trwa... Dyfrakcja renesans na akceleratorze HERA, poważne wyzwanie dla chromodynamiki kwantowej Istotny udział fizyków polskich 30

Dyfrakcja inkluzywna: Udział dyfrakcji inkluzywnej spada logarytmicznie z Q2 31