Изучение дифракционных процессов на CMS. Новые результаты дифракционной группы ИФВЭ

Изучение дифракционныхпроцессов на CMS.

Новые результаты дифракционной группы ИФВЭ

24 Ноября 2009 Научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН Р. Рютин

IHEP Diffractive groupIHEP Diffractive group

Р. Рютин, ИФВЭ

В. Петров, Р. Рютин, А. Годизов, А. Соболь, И. Ажгирей,А. Кузнецов, В. Самойленко

24 Ноября 2009 Секция ЯФ, ИТЭФ Р. Рютин

ПланПлан

• Дифракционные процессы на CMS и их сигнатуры • Задачи дифракционной группы ИФВЭ

• Новые результаты. LHC как пион-протонный и пион-пионный коллайдер. Теория и Монте-Карло.Инструментарий.

• Заключение и перспективы.


Дифракционные процессы при энергиях Дифракционные процессы при энергиях LHCLHCPYTHIA6.205/PHOJET1.12 предсказания для LHC 14 TeV

)119/5.101( mbtot)4.34/2.22( mbelas

)5.84/3.79( mbinelas)68/2.55( mbmb

)5.16/1.24( mbdiff)4.1(~ mbcd

)1.4/8.9( mbdd

)11/3.14( mbsd

15-25 % событий на LHC должны быть дифракционными

SD

CD

DD

Характеристики CD:Обмен цветовыми синглетами:

реджеоны, померон

• промежуткипо быстроте

• продольные потери импульса протона

43

1.005.0

p

p


Дифракционные процессы на Дифракционные процессы на CMSCMS

pp→jet+X pp→jet1+jet2 ((Muller-Navelet jets)Muller-Navelet jets)

Жесткая одиночная дифракция,Жесткая одиночная дифракция,измерения дифракционных измерения дифракционных структурных функций,структурных функций,сечения чуствительны сечения чуствительны к перерассеянию (к перерассеянию (S~0.05 LHC).S~0.05 LHC).[CMS-AN-2008/059, CMS-AN-2007/033][CMS-AN-2008/059, CMS-AN-2007/033]

Измерения светимости,Измерения светимости,калибровка детекторовкалибровка детекторов[CMS-AN-2007/032][CMS-AN-2007/032]

Проверка пертурбативной КХД,Проверка пертурбативной КХД,ограничения на ограничения на PDFs,PDFs,проверка БФКЛ-эволюции.проверка БФКЛ-эволюции.[CMS-AN-2008/060][CMS-AN-2008/060]


Задачи дифракционной группы ИФВЭ (Задачи дифракционной группы ИФВЭ (CMS)CMS)

Эксклюзивная центральная дифракция (Эксклюзивная центральная дифракция (EDDEv3.0EDDEv3.0))Преимущества: четкая сигнатура, S/B>>1,хорошее разрешение по Mc,спин-четностный анализ, …Недостаток: маленькие сечения

1. Рождение различных тяжелых состоя-ний СМ и ее расширений.2. Исследование эволюции дифракцион-ной картины в зависимости от жесткого масштаба (информация об амплитуде, оформе и размерах области взаимод-я).

M(GeV) TeVatron LHC 30 200


Новые результатыНовые результатыИзмерение Измерение одиночного и двойного пионного обменаодиночного и двойного пионного обмена

jet

jet

n

p

pπ+

π+p

njet

jetn

π+p

Дают возможность измерения• PDF в пионе в неисследованной области Q² и x • изучение d-u ассимметрии в пионе

π+

π+

p p

np

π+

π+

π+

π+

n

np

p

МодельСеченияГенераторMC на уровне генератора

π+

p

pX

n p

p

X

n

nπ+

π+


Извлечение сеченийИзвлечение сечений

S Sσπp

F F

S Sσππ

F

F

F

F

d

d

ξξ=0.1 =0.1 M(CE) ~ 3 TeVM(CE) ~ 3 TeVM(DCE) ~ 1 TeVM(DCE) ~ 1 TeV

Модель для Модель для S:S: [V. Petrov, A. Prokudin, EPJC 23 (2002) 135][V. Petrov, A. Prokudin, EPJC 23 (2002) 135]


Извлечение сеченийИзвлечение сечений

√s 9.4 10.8 15.9 18.7 22.2 50 70

σσ(ext.)(ext.) 20±3.8 21.4±2.3 22.8±1.9 21.4±1.6 23.2±1.5 31±3.6 25.9±4.5

σσ(PDG)(PDG) 23.2 23.19 23.55 23.85 24.27 27.43 29.3

ИзвлеченныеИзвлеченные пион-протонные сечения пион-протонные сечения ((мбмб))и реальные данные и реальные данные PDGPDG (параметризация) (параметризация)

NA49NA49 ISRISR PHENIXPHENIX

Donnachie, LanshoffDonnachie, LanshoffPDGPDG

HERAHERA


Результаты для Результаты для LHCLHC (полные сечения) (полные сечения)

max(ξ) 0.05 0.1 0.2 0.3

σσ((CECE), ), μμbb 42 (57) 175 (244) 576 (820) 921 (1320)

σσ((DCEDCE), ), μμbb 0.08 (0.1) 1.7 (2.2) 25 (33) 76 (104)

Сечения одиночного и двойного пионногоСечения одиночного и двойного пионногообмена на обмена на LHCLHC (10 Тэв) (10 Тэв) для случая для случая измерения измерения полных полных пион-протонных и пион-протонных и пион-пионных сеченийпион-пионных сеченийИспользуются две различные параметризацииИспользуются две различные параметризации::Donnachie-LandshoffDonnachie-Landshoff ( (PDGPDG))Кинематическая областьКинематическая область|qt|<0.5 GeV, 0 < |qt|<0.5 GeV, 0 < ξ < max(ξ)


Извлечение пион-пионных сеченийИзвлечение пион-пионных сечений

Результаты для пион-пионных сечений при низких энергияхРезультаты для пион-пионных сечений при низких энергиях[[W.J. Robertson, W.D. Walker, J.L. Davis, Phys. Rev. DW.J. Robertson, W.D. Walker, J.L. Davis, Phys. Rev. D77 (1973) 2554 (1973) 2554]]


Результаты для Результаты для LHCLHC (упругие сечения) (упругие сечения)

Сечения одиночного и двойного пионногоСечения одиночного и двойного пионногообмена на обмена на LHCLHC (10 Тэв) (10 Тэв) для случая для случая Измерения Измерения упругих упругих пион-протонных и пион-протонных и пион-пионных сеченийпион-пионных сеченийИспользуется параметризация Используется параметризация BSWBSW

Кинематическая областьКинематическая область|qt|<0.5 GeV, 0 < |qt|<0.5 GeV, 0 < ξ < max(ξ) [C. Bourrely[C. Bourrely, , J. SofferJ. Soffer, , T.T. WuT.T. Wu, , Eur. Eur. Phys. Phys. JJ. . C 28C 28 ( (2002003) 3) 97]97]

max(ξ) 0.05 0.1 0.2 0.3

σσ((CECE), ), μμbb 8.6 38 130 213

σσ((DCEDCE), ), μμbb 0.01 0.3 4.8 15.5

12

ZD

CF

ZD

CB

CE: pp → n X

σ ~ 2.6 mb (ξ<0.4)

DCE: pp → n X n

σ ~ 0.2 mb (ξ<0.4)

η

ZD

CB

ZD

CF

DD: pp → XY

σ ~ 9.7 mb

MB: pp → X σ ~ 50 mb

σ ~ 14 mb

pp → p Xpp → X p

SD:

η

Во всех процессах рождаются лидирующие нейтроны с |η|>8.5• SD, DD и MB могут имитировать CE и DCE;• CE может имитировать DCE

Предлагается измерение CE и DCE на LHC (10 Тэв)Для измерений требуется использование ZDC

Одиночная(Одиночная(CECE) и двойная) и двойная(DCE)(DCE) перезарядка на перезарядка на LHCLHC



Монте-Карло для полных сеченийМонте-Карло для полных сечений

CEMBSDDD

ξ

t

M

M=√S*√ξ

ξ=∆p/p

CEMBSDDD

TRNhitsCE TRNhitsCE.and.TRtmaxCE

M, Гэв

M, Гэв

TRNhitsDCE TRNhitsDCE.and.TRtmaxDCE

CEMBSDDD

DCE

Простой отбор: ξ<0.4 S/BНейтрон с одной стороны (CE) 1/2.7 Нейтроны с двух сторон (DCE) 1/1.6

CE: Nhits(HF)>7S/B ~ 1/0.56

Дополнительные отборыДополнительные отборы

CE: |t|<0.2 Гэв²S/B ~ 1/0.08

DCE: Nhits(HF)>7S/B ~ 1/0.7

DCE: |t|<0.3 Гэв²S/B ~ 1/0.07

Без отбора

CE S/B ~1/28

DCE S/B ~1/380


Монте-Карло для упругих сеченийМонте-Карло для упругих сеченийПростой отбор: ξ<0.4 S/BНейтрон с одной стороны (CE) 0.05 Нейтроны с двух сторон (DCE) 0.04

Дополнительные отборыДополнительные отборы

Nhits(Barrel,Endcap,HF,CASTOR,EZDC)=0CE S/B ~ 0.9 DCE S/B ~ 1.1

P,R

π+

p

n

P,R

πn

+

nπ+

nπ+

π+

nπ+

M, Гэв M, Гэв

CE: |tn|<0.2 Гэв²S/B ~ 1.7

CE: S/B ~ 5.3

M, Гэв

DCE: |tn|<0.2 Гэв²S/B ~ 2.1


ИнструментарийИнструментарийНа 140 м для 5 Тэв нейтрона t ~ 0.128 R²: |t| < 0.3 Гэв²=>R<1.5 см ATLAS ZDC

CMS ZDC

Центральная ячейка (2x10 см) EM ZDC: t<1.2 Гэв²

Предлагается заменить волоконные слои на плоскости THGEM

• дешевые• быстрые• высокая рад. сопротивл.• измерение энергии и координат• улучшение HE CMS

1. A Concise review on THGEM detectors.Nucl.Instrum.Meth.A598:107-111,2009. e-Print: arXiv:0807.2026 [physics.ins-det] 2. Development of detector active element based on thgem.e-Print: arXiv:0906.4441 [physics.ins-det]


Заключения и перспективыЗаключения и перспективыДифракционная группа ИФВЭДифракционная группа ИФВЭ::В.Петров,Р.Рютин,А.Годизов,А.Соболь,И.Ажгирей,А.Кузнецов, В.Петров,Р.Рютин,А.Годизов,А.Соболь,И.Ажгирей,А.Кузнецов, В.Самойленко. В.Самойленко. http://cern.ch/rioutine/http://cern.ch/rioutine/

Текущие результатыТекущие результаты((МС-генератор МС-генератор EDDEv3.0)EDDEv3.0)Задачи на первых запусках Задачи на первых запусках LHC:LHC:1.1.Эксклюзивное дважды дифракционное рождение 2-х фотоновЭксклюзивное дважды дифракционное рождение 2-х фотонов(нормировка модели для предсказания рождения бозона Хиггса)(нормировка модели для предсказания рождения бозона Хиггса)2.Эксклюзивное дважды дифракционное рождение 2-х струй2.Эксклюзивное дважды дифракционное рождение 2-х струй(нормировка модели для предсказания рождения бозона Хиггса,(нормировка модели для предсказания рождения бозона Хиггса,исследование эволюции дифракционной картины)исследование эволюции дифракционной картины)3.Исследование одиночной и двойной перезарядки 3.Исследование одиночной и двойной перезарядки (извлечение полных и упругих сечений пион-протонных и пион-пионных (извлечение полных и упругих сечений пион-протонных и пион-пионных взаимодействий)взаимодействий)4.Модификация 4.Модификация ZDCZDCПерспективыПерспективы1.1.Рождение 2-х струй в одиночной (Рождение 2-х струй в одиночной (σσ~20 ~20 нб) и двойной (нб) и двойной (σσ~0.5 ~0.5 нб) перезарядкенб) перезарядке(извлечение (извлечение PDFs PDFs пиона, сеч. в кин.обл.пиона, сеч. в кин.обл.:: ξξ<0.2,<0.2, pt(jet)>40 pt(jet)>40 Гэв).Гэв).2.2.””РазвалРазвал” ” протонов и пионов на 3 (2) струи с поперечными импульсами протонов и пионов на 3 (2) струи с поперечными импульсами ~ 5~ 5 Гэв Гэв::дифракционные процессы дифракционные процессы pp→3j+p(~4 pp→3j+p(~4 пбпб), ), ππp→2j+pp→2j+p, , ππp→p→ππ++33j,j, ππππ→2j+→2j+ππ(прямая индикация структуры адронов!)(прямая индикация структуры адронов!) [D.Yu Ivanov et al., DIFFRACTION 2008] [D.Yu Ivanov et al., DIFFRACTION 2008]

Documents

Изучение дифракционных процессов на CMS. Новые результаты дифракционной группы ИФВЭ