Electroweak gauge boson production in hadronic collisions at forward rapidities in the color - dipole S - matrix framework

Abstract

Compreender a estrutura interna do próton em altas energias segue como um dos principais desafios da Cromodinâmica Quântica. Para pequenos valores de Bjorkenx, a distribuição interna torna-se saturada com glúons, levando a um regime não linear, caracterizado por dinâmicas da QCD em alta densidade e efeitos de saturação. Processos em rapidez frontal em colisões hadrônicas oferecem uma oportunidade única de investigar esse regime, complementando os dados de espalhamento inelástico profundo. Nesta tese, estudamos a produção de bósons de calibre eletrofracos (G = W±,Z0, γ) em regiões de rapidez frontal no descrição da fatoração híbrida, utilizando o formalismo da matriz-S de dipolo de cor. Derivamos as seções de choque diferenciais dos processos qp → GX e qp → GJX, tanto no espaço do parâmetro de impacto quanto no espaço de momento, considerando as polarizações longitudinal e transversal. Mostramos que os resultados podem ser expressos em termos da seção de choque dipolo–próton ou da distribuição de glúons não integrada, possibilitando uma análise quantitativa dos efeitos de saturação nas cinemáticas do LHC e além. Além disso, apresentamos, pela primeira vez, as expressões gerais para a produção associada de bósons de calibre eletrofracos com jatos em regiões de rapidez frontal. Nossos resultados generalizam e reproduzem expressões anteriores da literatura para a produção de fótons reais e bósons Z0, e introduzem pela primeira vez a descrição teórica da produção do bóson W± nesse formalismo. Adicionalmente, analisamos a produção de pares de léptons em regiões de rapidez frontal, derivando os coeficientes angulares associados ao decaimento dos bósons virtuais γ∗, Z0 e W±. Apresentamos resultados numéricos para √s = 14 TeV no intervalo de rapidez 2.0 ≤ y ≤ 4, 5, incluindo comparações entre diferentes modelos para a distribuição não integrada de glúons e uma análise da relação de Lam–Tung. Os resultados apresentados nesta tese oferecem novas perspectivas sobre a dinâmica da QCD no regime de pequeno-x e fornecem ferramentas inéditas para o estudo fenomenológico de processos eletrofracos em regiões de rapidez frontal nos atuais e futuros colisores de altas energias.