03-Dic-101 Riassunto della lezione precedente interazione debole distingue stati di parita` diversa ! nuova struttura antisimmetrica in tensori leptonico.

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1 03-Dic-101 Riassunto della lezione precedente interazione debole distingue stati di parita` diversa ! nuova struttura antisimmetrica in tensori leptonico e adronico ! funz. di struttura F 3 (flavor non-singlet) verifica sperimentale di QPM in reazioni elettrodeboli : 1.DIS con (anti)neutrini su nuclei isoscalari ! sez. durto di neutrino domina quella per antineutrino ! antipartoni soppressi in mezzo nucleare

2 03-Dic-102 per x B & 0.2 no antiquark consistente con la dominanza di quark u in p (d in n) dei dati di DIS di elettrone consistente con la dominanza di quark u in p (d in n) dei dati di DIS di elettrone stesse approssimazioni : 2) scattering DIS (anti)neutrino-protone dati ! neutrino soppresso rispetto ad antineutrino in limite elastico perfetto ( ! 0)

3 03-Dic-103 3) rapporto di carica : DIS di elettrone e (anti)neutrino su nuclei isoscalari Collab. BCDMS, P.L. B195 91 (87), B237 592 (90), 599 (90) CCFR, Z. Phys. C26 1 (84)

4 03-Dic-104 Interpretazione in QPM deviazioni per x B < 0.2 dovute a s(x B ), c(x B ), sea quarks e correzioni pQCD approssimazioni : domina quark del mare di Dirac domina quark di valenza (carica) 2 media

5 03-Dic-105 Regole di somma 2 p 1 n 1 p 2 n Adler dato exp. 1.01 § 0.20 Allasia et al., P.L. B135 231 (84) Z. Phys. C28 321 (85) unpolarized Bjorken normalizzazioni :

6 03-Dic-106 Gross-Lewellin Smith dato exp. 2.50 § 0.08 correzioni pQCD evidenti! Regole di somma (continua), eccesso di 3 quarks su antiquarks nel p (supponendo nessun eccesso per s e c) Mishra, Proc. of SLAC Summer Institute (SLAC, Stanford, 1991) p. 407 Gottfried U sea = D sea NMC coll., P.R.L. 66 2712 (91) Arneodo, P.Rep. 240 301 (94) dato exp. 0.240 § 0.016 correzioni QCD ! U sea D sea

7 03-Dic-107 Momentum sum rule dati per F 2 p/n simmetra SU f (3) per q sea estrazione u(x), d(x), s(x) partoni senza carica (= gluoni) portano circa meta` del momento del N ! Regole di somma (continua) no c ) ! C » 0 dati ! » 0.5 ! oppure » 0.54 ¥ 0.56 § 0.04 !. 0.06

8 03-Dic-108 Quark Parton Model sezione durto per processo fondamentale = sezione durto elastica su partoni puntiformi a spin ½ ­ probabilita` di distribuzione dei partoni nelladrone partoni prevalenti su antipartoni partoni interagiscono come leptoni ! sez. durto calcolabile allordine voluto in QED sez. durto dipendente dal processo; cinematica hard (high Q) distribuzione partonica contiene effetti nonperturbativi per formare adroni da partoni; cinematica soft (low p T ) dipende dalladrone ma non dal processo ! universale estraibile da confronto con dati dopo aver calcolato sez. durto elementare

9 03-Dic-109 Quark Parton Model (continua) fenomeni ad alta energia = {processi hard calcolabili in QED} + {distribuzioni partoniche universali estraibili da un set di dati} QPM esplorare altri processi ad alta energia riciclando le distribuzioni partoniche estratte da DIS ! test della fattorizzazione ! le distribuzioni partoniche sono davvero universali ?

10 03-Dic-1010 Drell - Yan adroni in annichilazione H 1/2 con momento P 1/2 leptoni prodotti l 1/2 con momento k 1/2 energia disponibile nel c.m. degli adroni s = (P 1 + P 2 ) 2 [ Drell & Yan, P.R.L. 25 (70) 316 ] massa invariante della coppia di leptoni M 2 ´ q 2 = (k 1 + k 2 ) 2 q 2 = Q 2 ¸ 0 time-like regime DIS : q 2, s ! 1 con = q 2 / s fissato 1 ¸ ¸ 0 la coppia di leptoni non interagisce con la coppia di adroni iniziali ! è manifestazione del decadimento dei bosoni di gauge intermedi prodotti dalla annichilazione adronica bosoni di gauge a spin 1 con Q 2 ¸ 0 ! risonanze mesoniche vettoriali ! decadimento ! produzione di coppie leptoniche con p T

11 03-Dic-1011 x 1/2 = frazione del momento longitudinale ! x F = momento longitudinale della coppia nel c.m. rispetto al momento longitudinale massimo possibile supponiamo H 2 = fascio e H 1 = target x F ! -1, x 2 ! 1 x 1 ! 0 c.m. 21 angoli indietro lab 2 1 2 1 angoli in avanti x F ! 1, x 2 ! 0 x 1 ! 1 situazione rovesciata energia disponibile della reazione elementare : (p 1 + p 2 ) 2 ~ 2 p 1 ¢ p 2 ~ x 1 x 2 (P 1 + P 2 ) 2 = x 1 x 2 s

12 03-Dic-1012 solite formule, applicate al processo DY somma sugli stati di polarizzazione dei leptoni finali

13 03-Dic-1013 QPM picture approssimazione: Q 2 non elevato ! bosone di gauge energia disponibile nel c.m. della reazione elementare : (p 1 + p 2 ) 2 » 2 p 1 ¢ p 2 = x 1 x 2 2 P 1 ¢ P 2 » x 1 x 2 (P 1 + P 2 ) 2 = x 1 x 2 s processo elementare: esempio: produzione di + - elastico N c modi di creare la coppia conservando il colore nel vertice; ciascuna f porta N c ! ( N c £ N c ) / N c = N c ! test di SU c (3)

14 03-Dic-1014 QPM: test sperimentali oppure, con scaling 8 s ! interazione elementare puntiforme ! a) scaling della sez. durto

15 03-Dic-1015 exp. E605 - Fermilab Phys. Rev. D43 (91) 2815 piccole deviazioni perche` pQCD ! f (x, logQ 2 )

16 03-Dic-1016 exp. E605 - Fermilab Phys. Rev. D43 (91) 2815

17 03-Dic-1017 b)rapporto di carica di DY su nuclei isoscalari nuclei isoscalari ! n u = n d (ex. 12 C) perche`? = x 1 x 2 ! 1 valence area = x 1 x 2 ! 0 sea area meccanismo elementare Fermilab Phys. Rev. Lett. 42 (79) 948 M » J/ ! meccanismo differente

18 03-Dic-1018 c) rapporto DY tra e N N non ha antiquark di valenza per annichilazione ! cresce con M = Q e Fermilab Phys. Rev. Lett. 42 (79) 948

19 03-Dic-1019 al crescere di Q 2 ´ M 2 si eccitano altre risonanze mesoniche vettoriali : * ! + - X M » 3 GeV J/ ! + - X M » 9 ¥ 10.5 GeV Y ! + - X …. M & 70 GeV Z 0, W § QPM picture : discrepanze meccanismo elementare diverso da QPM picture (QED) InoltreK factor = misura delle correzioni pQCD oltre il QPM

20 03-Dic-1020 exp. E605 - Fermilab Phys. Rev. D43 (91) 2815 spettro della famiglia Y differente distribuzione in q T della coppia di leptoni ! nuovo meccanismo ? fit a risonanze Y background non risonante

21 03-Dic-1021 Distribuzione angolare della coppia leptonica c.m. degli adroni

22 03-Dic-1022 Fermilab Phys. Rev. Lett. 42 (79) 948 distribuzione angolare » (1 + cos 2 ) data dal processo elementare e + e - ! + - pero` sulla risonanza J/ distribuzione piatta ! meccanismo diverso da * ! + - J/ ! + - ?

23 03-Dic-1023 3 vettori indipendenti P 1, P 2, q conservazione parita`, no polarizzazione ! struttura simmetrica base tensoriale: b 1 =g, b 2 =q q, b 3 =P 1 P 1, b 4 =(P 1 q + P 1 q ), b 5 =(P 2 q + P q ), b 6 = (P 1 P 2 + P 1 P 2 ), b 7 = P 2 P 2 tensore adronico W = i c i (q 2, P 1 ¢ q, P 2 ¢ q, P 1 ¢ P 2 ) b i conservazione della corrente q W = W q = 0 ! 3 relazioni gauge-invarianza QED ! termini lineari in q =0 Distribuzione angolare e discrepanze da QPM W :

24 03-Dic-1024 Distribuzione angolare (continua) polarizz. del * trasversalongitudinale 1 spin flip2 spin flip elementi non diagonali della matrice densita` di elicita`della coppia H 1 H 2 on-shell (anti)quark con spin ½ = 1 ) W L = 0 1 ) meccanismo differente ! q T 0

25 03-Dic-1025 p p ! + - X M > 4 GeV (no J/ ) » 1 ! W T dominante Fermilab Phys. Rev. Lett. 43 (79) 1219 Ma sulla risonanza J/ meccanismo puo` essere diverso. DY appartiene a classe piu` generale di processi A+B ! C+X dove meccanismo elementare puo` essere piu` complicato: QCD Compton – g fusion q q g

26 03-Dic-1026 Fermilab Phys. Rev. Lett. 43 (79) 1219 correzioni radiative pQCD ! dipendenza q T q e`off-shell ! W L 0 ! (q T ) < 1