Возможности Возможности эксклюзивнойэксклюзивной

двойной дифракции на двойной дифракции на LHCLHC

V.Petrov, R.Ryutin, A.Sobol

IHEP Diffractive groupIHEP Diffractive grouphttp://sirius.ihep.su/CMS/higgsdiff/diff.html

Р. Рютин, ИФВЭР. Рютин, ИФВЭ

СодержаниеСодержание Кинематические свойства и способы Кинематические свойства и способы

описания эксклюзивных двойных описания эксклюзивных двойных дифракционных событий (ЭДДС).дифракционных событий (ЭДДС).

Нормировка параметров (рождение струй иНормировка параметров (рождение струй ифотонов)фотонов)

Возможности измерений и предсказанияВозможности измерений и предсказания Дифракционные картины Дифракционные картины Рождение частиц Стандартной МоделиРождение частиц Стандартной Модели

и ее расширений в ЭДДСи ее расширений в ЭДДС Неопределенности в предсказанияхНеопределенности в предсказаниях

ЗаключенияЗаключения

Кинематические свойства Кинематические свойства ЭДДСЭДДС

V V

T

T

F V

T

T

F V

T

T

F

Mφφ

өө0º 180º

0º

-180º

180º

90º 0º 180º90º 0º 180º90º

а) ЭДПО б) ← ИДПО → в)

Кинематические свойства Кинематические свойства ЭДДСЭДДС

F FF F

φφ

өө0º 180º

0º

-180º

180º

90º

а) эксклюзивный

б) полу-инклюзивный

в) “мягкий”

Преимущества ЭДДСПреимущества ЭДДСt1

s

1. 1. Четкая сигнатураЧеткая сигнатура: 2 : 2 протона протона в передних детекторах + сигнал в передних детекторах + сигнал в центральной областив центральной области 2. Очень хорошие отношения 2. Очень хорошие отношения сигналсигнал//фонфон для многих процессовдля многих процессов 3. правило 3. правило Jz=0 Jz=0 (для малых(для малых t t))4. 4. Ограничения на Ограничения на J^PCJ^PC рождающейся системырождающейся системы5. Возможность определения 5. Возможность определения J^PC J^PC по азимутальным по азимутальным распределениям (спин-четностный анализ)распределениям (спин-четностный анализ)6. 6. Метод недостающих массМетод недостающих масс дает дает хорошее разрешение по массехорошее разрешение по массе

Способы описания ЭДДССпособы описания ЭДДС

F

f

f

F

f

f

F

f

f

S F

f

f

S E

а) б) в) г)

F F

V. Khoze, A. Martin, M. RyskinV. Khoze, A. Martin, M. Ryskin перекошенные перекошенные UPDFUPDF + + двухканальнаядвухканальная эйкональная модельэйкональная модель для для S, ES, E

Способы описания ЭДДССпособы описания ЭДДС

F F S SF F

а) б) в) г)

E. Gotsman, E. Levin, U. MaorE. Gotsman, E. Levin, U. Maor

BFKL + 3-BFKL + 3-канальная эйкональная модель для канальная эйкональная модель для SS

Способы описания ЭДДССпособы описания ЭДДС

а) б) в) г)

F

pF

FS F FS

pF

pF

pF

pF

pF

pF

pF

IPG

x =1g

x =1g

DPEMC, PDF DPEMC, PDF в помероне + в помероне + двухпомероннаядвухпомеронная модель для модель для SS ( (P. Lanshoff, ...P. Lanshoff, ...))

IPG

Способы описания ЭДДССпособы описания ЭДДС

а) б) в) г)

F

pF

FS F FS

pF

pF

pF

IPg

IPg

IPg

IPg

pF

pF

pF

pF

IPg

Модификация Модификация DPEMC, UPDF DPEMC, UPDF в Помероне + в Помероне +дополнительная модель для дополнительная модель для SS

IPg

Способы описания ЭДДССпособы описания ЭДДС

F

T

F

T

T

F

T

T

V

а) б) в)

T

V

T++ ++ + + ......

V ++ ++ + + ......

EDDE2.1 EDDE2.1 везде 3-померонная эйкон. модельвезде 3-померонная эйкон. модель

Способы описания ЭДДССпособы описания ЭДДС

FJ1

J2

J3

T

T

F

T

T

1+

1+F

f

f

а) б) в)

-1

ОбобщенныйОбобщенныйРеджевскийРеджевский

Померон какПомерон какC-C-четный фотончетный фотон

ОператорноеОператорноеразложениеразложение

ИстокиИстоки

Нормировка на данные Нормировка на данные CDFCDF (струи)(струи)

Tjetmin Emin E

EDDE2.1EDDE2.1

Нормировка на данные Нормировка на данные CDFCDF (фотоны)(фотоны)

σσ ~ 35 fb ~ 35 fb

CDF data CDF data

E > 5 GeV & |E > 5 GeV & |ηη|<1|<1TTγγ

γγγγ

γγγγ

EDDE2.1EDDE2.1KMRKMR ~ 38 fb~ 38 fb

Измерения дифракционных Измерения дифракционных картинкартин

Инт

енси

внос

ть по

тока

час

тиц

Азимутальная плоскость

TeVatron

LHC

Извлекаемая информацияИзвлекаемая информация::1. 1. t-t-наклон наклон ==> > поперечный размер области взаимодействия поперечный размер области взаимодействия R²/2R²/22. 2. t-t-распределение распределение ==> > продольный размер области взаимодействияпродольный размер области взаимодействияL>L>s/(s/(22 <t²> - <t>²)<t²> - <t>²)3. 3. Присутствие Присутствие сложной структуры сложной структуры => => интерференцияинтерференция адронных волн адронных волн4. 4. Глубина минимумов Глубина минимумов ==> > величина величина реальной части амплитуды реальной части амплитуды рассеяниярассеяния

__

Измерения дифракционных Измерения дифракционных картинкартин

M (GeV) b(GeV )

N(exclusive)

pp->p+jj+p

N(semi-inclusive)

pp->p+{X jj Y}+p

29<M<31 4.6 20000/day 60000/day

98<M<102

4.3 9000/month

45000/month

196<M<204

4.1 5500/year 40000/year

-2

Основные процессы на Основные процессы на LHCLHC для измерения дифракционных картин для измерения дифракционных картин: : эксклюзивное и полуинклюзивное центральное рождение двух струй эксклюзивное и полуинклюзивное центральное рождение двух струй в узком диапазоне масс при светимости 10в узком диапазоне масс при светимости 10^33 ^33 смсм^̂-2-2 c^-1 c^-1

1. 1. t-t-наклоннаклон ~ ~ 4 4 Гэвˉ² Гэвˉ² соответствуетсоответствуетмасштабу масштабу ~~ 0.65 фм0.65 фм, что в 2 раза, что в 2 разаменьше размера нуклонаменьше размера нуклона(часто интерпретируют как размер (часто интерпретируют как размер ““глюонногоглюонного”” ядра) ядра)2. Увеличение дополнительного 2. Увеличение дополнительного ““жесткогожесткого”” масштаба приводит к масштаба приводит к расширению дифракционного конусарасширению дифракционного конуса3. Для экспоненциального распределения3. Для экспоненциального распределенияс наклоном с наклоном 4 4 Гэвˉ² Гэвˉ² L>L>5600 фм !5600 фм !

Измерения азимутальных Измерения азимутальных распределенийраспределений

0-+

0++

Спин-четностный анализСпин-четностный анализ

Азимутальный угол Азимутальный угол φφ

Ось столкновенияОсь столкновения

конечныйконечный протонпротон

конечныйконечный протонпротон

zz

xx

yy Полярный угол Полярный угол өө

1212

Рождение струй Рождение струй (КХД-эффекты)(КХД-эффекты)

Tjetmin E , GeVmin E , GeV

F

КХДКХД:: подавляющий фактор оказывает подавляющий фактор оказываетсильное влияние на распределение посильное влияние на распределение помассе центральной системы =массе центральной системы => > экспериментальная проверка экспериментальная проверка

Рождение фотонных парРождение фотонных пар

ПреимуществоПреимущество:: измерение массы фотонов + измерение массы фотонов + метод недостающей массы =метод недостающей массы => > более точное более точное измерение распределенийизмерение распределенийНедостатокНедостаток:: маленькие сечения маленькие сечения

GeVGeV GeVGeV

Рождение резонансов (бозон Рождение резонансов (бозон Хиггса)Хиггса)

1.9 fb1.9 fb

0.3 fb0.3 fb

Процесс (Hbb) (bb) (gg)/10 (bbg) (ggg)/10

N событий EDDE2.1

16 7 8 1 1

(H)~1 (H)~1 фб, светимость 100 фбˉ , разрешение по массе 4 ГэВ,фб, светимость 100 фбˉ , разрешение по массе 4 ГэВ,

сигналсигнал//фонфон ~ 0.83 ~ 0.83

115 GeV115 GeV

4 4_ _ _

11

Рождение гравитоновРождение гравитонов

1/ 235M

1, 1, 2, ... ( ) 0, , n n n nm x n J x x n n

МассивныеМассивныегравитоныгравитоны

РадионРадионФизический масштабФизический масштабна видимой бранена видимой бране

Режим большой кривизныРежим большой кривизны Режим малой кривизныРежим малой кривизны

κκ << M ~ 1 << M ~ 1 ТэВ =ТэВ =>>3/ 2

5 140 TeV1 TeV

M

6

246 GeV, 3

h h

L

Смешивание Радион-Хиггс.боз.Смешивание Радион-Хиггс.боз.

1 TeV κκ ~ M ~ 1 ~ M ~ 1 ТэВ =ТэВ =>> ~

2

0.31n n

n

m

m

Очень узкие резонансыОчень узкие резонансы::

5 5

__ __

Яркая сигнатураЯркая сигнатура: : p+pp+pp+”p+”ничегоничего”+p”+p

Малый фонМалый фон: : p+pp+pp+”p+”нейтринонейтрино”+p”+p

Рождение гравитоновРождение гравитонов

Режим малой кривизныРежим малой кривизны

1 TeV 2 TeV

4 TeV

150 GeVhM Режим большой кривизныРежим большой кривизны

0 , GeVM3143050

2 35

1 1gr

miss

d

dM M

~ ~

Резюме (диаграммы процессов)Резюме (диаграммы процессов)

+

,Z

HSUSY,Radion, Graviton,Glueball

F

,Zu,d,s,tc,bc,b

c,b

W

W

+

+ perm.+ perm. +

а) б)

в)

г) д) е)

СтруиСтруи

Калибровочные бозоныКалибровочные бозоны

РезонансыРезонансы

Неопределенности в Неопределенности в предсказанияхпредсказаниях

Величина <S>=(Унитар.)/(Борн.) “фактор выживания”

(H), LHC фб

EDDE2.1 0.010.04 ~1

KMR 0.0120.032 ~3

DPEMC ~0.03 1.4 (эксклюз.)

GLM 0.0021 ~ 0.1

U-Matrix ~1 ~ 100

Soft Color Interactions ------- 0.150.19(струноподобная)

Заключения (возможности Заключения (возможности ЭДДС)ЭДДС)

Измерения дифракционных картин Измерения дифракционных картин ((t-t-распределений)распределений): : размеры области размеры области взаимодействия, реальная и мнимая части взаимодействия, реальная и мнимая части амплитудыамплитуды

Измерения азимутальных распределенийИзмерения азимутальных распределений: : спин-четностный анализспин-четностный анализ

Рождение 2(3)-х струй и Рождение 2(3)-х струй и : : КХД-эффекты, КХД-эффекты, калибровкакалибровка

Рождение резонансов (бозон Хиггса, Рождение резонансов (бозон Хиггса, Радион, легкие мезоны, глюболы, гравитоны, Радион, легкие мезоны, глюболы, гравитоны, супер-партнеры)супер-партнеры)