10-Dic-121 Riassunto della lezione precedente interazione debole distingue stati di parità diversa: nuova struttura antisimmetrica in tensori leptonico.

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1 10-Dic-121 Riassunto della lezione precedente interazione debole distingue stati di parità diversa: nuova struttura antisimmetrica in tensori leptonico e adronico in regime DIS nuova funzione di struttura F 3 (flavor non-singlet), mixing di flavor diversi (angolo di Cabibbo) 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 cenni al settore elettrodebole del Modello Standard, come teoria di gauge non abeliana rinormalizzabile grazie al meccanismo di Goldstone; predizioni importanti: necessità del flavor charm, delle correnti deboli cariche con cambio di stranezza, delle correnti deboli neutre

2 10-Dic-122 2) test QPM: scattering DIS (anti)neutrino-protone dati: neutrino soppresso rispetto ad antineutrino in limite elastico perfetto ( 0) -perché ? -è consistente con DIS e N ? (ricorda: 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) perché?

3 10-Dic-123 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 :

4 10-Dic-124 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

5 10-Dic-125 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 metà del momento del N ! Regole di somma (continua) c, c ~ 0 dati ~ 0.5 ! ma 0.54 ÷ 0.56 ± 0.04 0.06

6 10-Dic-126 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 per x B >~ 0.1; viceversa a basso x B 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

7 10-Dic-127 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 ?

8 10-Dic-128 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 con = q 2 / s fissato 0 1 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

9 10-Dic-129 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

10 10-Dic-1210 solite formule, applicate al processo DY somma sugli stati di polarizzazione dei leptoni finali

11 10-Dic-1211 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)

12 10-Dic-1212 QPM: test sperimentali oppure, con scaling s interazione elementare puntiforme universalità delle densità partoniche (da DIS a DY) a) scaling della sez. durto

13 10-Dic-1213 exp. E605 - Fermilab Phys. Rev. D43 (91) 2815 piccole deviazioni perche` pQCD f (x, logQ 2 )

14 10-Dic-1214 b)rapporto di carica di DY su nuclei isoscalari nuclei isoscalari n u = n d (ex. 12 C) perché? = 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

15 10-Dic-1215 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

16 10-Dic-1216 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

17 10-Dic-1217 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

18 10-Dic-1218 Distribuzione angolare della coppia leptonica c.m. degli adroni

19 10-Dic-1219 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/ + - ?

20 10-Dic-1220 3 vettori indipendenti P 1, P 2, q conservazione parità, 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 1q, P 2q, P 1P 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 :

21 10-Dic-1221 Distribuzione angolare (continua) polarizz. del * trasversalongitudinale 1 spin flip2 spin flip elementi non diagonali della matrice densità di elicità della coppia H 1 H 2 on-shell (anti)quark con spin ½ = 1 W L = 0 1 meccanismo differente q T 0

22 10-Dic-1222 p p + - X M > 4 GeV (no J/ ) ~ 1 W T dominante Fermilab Phys. Rev. Lett. 43 (79) 1219 Ma sulla risonanza J/ meccanismo può essere diverso. DY appartiene a classe più generale di processi A+B C+X dove meccanismo elementare può essere più complicato: QCD Compton – g fusion q q g

23 10-Dic-1223 Fermilab Phys. Rev. Lett. 43 (79) 1219 annichilazione tra partoni off-shell W L 0 correzioni radiative pQCD dipendenza q T (q T ) < 1