Producción de partículas en colisionadores hadrónicos

• Autores: Cieri, Leandro Javier
• Año de publicación: 2012
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: De Florian, Daniel Enrique
• Materia: QCD; DIFOTONES; SUSTRACCION; NNLO; DRELL-YAN; COEFICIENTES HARD-COLLINEAR; QCD; DIPHOTON; SUBTRACTION; NNLO; DRELL-YAN; HARD-COLLINEAR COEFFICIENTS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El presente trabajo versa sobre el cálculo de secciones eficaces para colisionadores hadrónicos. La motivación principal, que constituye el eje de esta tesis, es la de realizar tales cálculos con la mayor precisión posible. En particular incrementar para diversos procesos la precisión hasta ahora disponible de los mismos, cuando se le calculan las correcciones de QCD (Quantum ChromoDynamics) radiativas correspondientes. El método utilizado para tales propósitos, que permite lidiar con procesos cuyo estado final no posea color (producción de pares de leptones, bosones vectoriales, bosones de Higgs, etc), es una variante del método de sustracción y posibilita el cómputo de observables numéricamente de forma libre de divergencias infrarojas. Para cancelar tales divergencias nos valemos del comportamiento universal de las distribuciones asociadas en momento transverso (qT ) en la región de qT pequeño. Este método es ilustrado de forma general en el presente trabajo hasta el next-to-next-to-leading order (NNLO) en teoría de perturbaciones de QCD, y requiere, por lo tanto, del conocimiento de los coeficientes hard-collinear a NNLO (H2), de las contribuciones logarítmicas resumadas a todo orden a pequeño momento transverso qT . En esta tesis se calculan explicitamente los coeficientes H2 a NNLO, para el caso de producción de bosones vectoriales (Drell-Yan) y de producción de par de fotones (di-fotones), como así también la forma general de tal coeficiente que permite calcularlo para cualquier proceso cuyo estado final no posea color. De esta forma la variante del método de sustracción presentada queda completamente especificada a NNLO, siendo así utilizable por el resto de la comunidad, para cualquier observable que no posea color en su estado final. Se consideran dos aplicaciones explícitas del método de sustracción a NNLO: el proceso de Drell-Yan y la producción de di-fotones, principal señal de fondo en la producción del bosón de Higgs. Estas dos aplicaciones constituyen el aporte fundamental de esta tesis, siendo el caso de producción de di-fotones el primer cálculo para procesos en colisiones hadrónicas cuyo estado final está compuesto de dos partículas a un nivel de precisión NNLO. En el caso particular de producción de par de fotones, la precisión NNLO es esencial e inevitable para comprender la fenomenología de este proceso de forma satisfactoria. Tarea esencial en la actual búsqueda del bosón de Higgs y futuros estudios. Estos cálculos fueron implementados en sendos programas de tipo Monte Carlo. Estos programas permiten al usuario aplicar cortes cinemáticos arbitrarios sobre la física del estado final y calcular las correspondientes distribuciones en la forma de histogramas.
In this Thesis we show and explain cross sections calculations in hadron collisions. The main aim here is to perform these calculations in the best way possible, with the highest precision. In particular, our aim is to consider benchmark processes and apply our subtraction method to increment the precision available in the literature, calculating their QCD (Quantum ChromoDynamic) corrections. The method implemented in such calculations was the transverse momentum (qT ) subtraction method which allows to deal with final states which are colorless (lepton pair production, boson pair production, Higgs boson production, associated Higgs production, etc). The virtue of our method is its capability to offer counter-terms to cancel the singularities that appear in the reals emission contributions to the total cross section exploiting the universal behaviour of the matrix elements in the small-qT limit. This method is illustrated in the present Thesis up to the next-to-next-to-leading-order (NNLO) of accuracy in perturbative QCD. Therefore, due to the order of accuracy implemented we need the hard-collinear coeficients at the same order of precision (H2). In the present Thesis are calculated the hard-collinear coeficients up to NNLO in the case of the Drell-Yan process and the diphoton production in hadron collisions. To calculate the hard-collinear coeficient in the case of diphoton production was necessary the deduction of a new general and universal method to extract such coeficients. In this sense, the transverse momentum subtraction formalism acquires its final and complete form. And now is possible to use this new method to extract the H2 coeficient for any class of colorless process up to NNLO. We'll show two explicit implementations of the transverse momentum subtraction method up to NNLO: the Drell-Yan process and the diphoton production, which is the main background in recent Higgs boson searches. These are the main contributions of this Thesis, and the case of diphoton production is the first calculation with two particles in the final state at the NNLO accuracy. Even more, the NNLO accuracy for this process is essential and inevitable to understand the phenomenology related to this process. Crucial task in current Higgs boson searches and studies. Both calculations were implemented in parton level Monte Carlo codes. The programs allow the user to apply arbitrary kinematical cuts on the final-state photons and the associated jet activity, and to compute the corresponding distributions in the form of bin histograms.
Fil: Cieri, Leandro Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.