VBF Kinematik

youngling42 · Gast

Was ist der kinematische Grund, dass in der Vektor-Boson-Fusion Produktion (t-Channel) von Z Bosonen in Hadron-Kollisionen die beiden Jets in unterschiedlichen Detektorhemispheren erwartet werden? Und, warum beide Jets bei großen Pseudorapiditäten erwartet werden?

Kann man das aus dem Matrixelement berechnen? In welchem Bezugssystem (Labor oder Z-Ruhesystem) argumentiert man hierzu am besten?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18017

Hast du mal einen Hinweis auf den genaueren Prozess und insbs. ein Feynman-Diagramm?

youngling42 · Gast

Ja, hier z.B. (zwar für Higgs statt Z, aber denke sollte äquivalent sein):

twiki.cern.ch/twiki/pub/CMSPublic/Hig13030PubTWiki/Fig1a-VBF-Feynman.pdf

Gefunden habe ich bisher:

"Each quark radiating a weak boson exchanges four-momentum, Q2, of around m2Z, m2W in the t-channel. In this way, the two quarks scatter away from the beamline, typically inside the acceptance of the detector where they can be detected as hadronic jets." [1]

Aber so wirklich verstehe ich das nicht.

[1] cerncourier.com/a/first-measurements-of-electroweak-boson-fusion/

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18017

Ich denke, zuerst muss man mal durch die Kinematik durch.

In einer PP-Kollision sind die beiden Quarkimpulse in guter Näherung antiparallel, haben jedoch i.A. nicht den selben Betrag. Die beiden weichen V-Mesonen tragen zusammen den Viererimpuls des realen Z-Bosons; dieser liegt von der Nähe der Schwelle, d.h. das Z-Boson ist näherungsweise in Ruhe.

Bei einer harten PP-Kollision (in etwa entsprechend tiefinelastischer Streuung) tragen die beiden Quarks jeweils ca. 1/3 des Protonimpulses, der Impuls des Z ist vernachlässigbar, die Impulsbilanz entspricht also der quasi-freier Quarks. Damit sollte die Frage nach den beiden Jets beantwortet sein.

Falls die obigen Voraussetzungen nicht gelten, also der Transversalimpuls eines Quarks hoch ist oder ein Sea-Quark mit Quarkimpuls << 1/3 Protonimpuls vorliegt, trifft das nicht mehr unbedingt zu. Es soll aber weiterhin der Impuls des Z klein sein, damit müssen aber beide V-Impulse addiert ebenfalls klein sein (ansonsten wäre entweder der Z-Impuls nicht klein, oder es müssten mehrere Teilchen entstehen).

Ich hoffe, die Überlegungen helfen.

youngling42 · Gast

Danke schonmal für deine Ausführungen! Ich würde gerne noch drei Follow-up Fragen stellen, um die Sache besser zu verstehen:

1) Ist für deine Argumentation relevant, dass VBF im t-Channel passiert (hört sich im obigen von mir geschriebenen Zitat so an). Wären die gleichen Argumente für einen s-Channel Vorgang anwendbar?

2) Naiv würde ich denken, dass deine Argumentation auch für Higgs Produktion in gluon-gluon-Fusion gültig ist, also nach dem Motto:

" [...] nicht den selben Betrag. Die "Gluonen" tragen zusammen den Viererimpuls des realen "Higgs Bosons"; dieser liegt von der Nähe der Schwelle, d.h. das "Higgs-Boson" ist näherungsweise in Ruhe"

In gluon-gluon-Fusion erwartet man soweit ich weiß aber nicht unbedingt 2 hoch-energetische Jets bei großen Rapiditäten, sodass dieser Kanal nicht als besonders sensitiv gilt. An dem Punkt komm ich noch nicht ganz weiter - was macht VBF Z oder Higgs Produktion so anders im Vergleich zu gluon Fusion?

3) Inwiefern würde sich die erwartete Jet-Kinematik bei gleicher hinreichender Quark-Energie im Endzustand unterscheiden, wenn das Z Boson nicht eine Masse von 91 GeV hätte, sondern leichter oder schwerer wäre? (nicht so wichtig, aber evtl. für das Verständnis hilfreich)

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18017

1) Im s-Kanal hast du keine Quark-Quark-Streuung sondern eine Annihilation eines Quark-Antiquark-Paares.

2) Gluon-Gluon-Fusion mit Higgs sagt mir nichts; Gluonen wechselwirken weder mit W und Z noch mit dem Higgs - nur über Schleifendiagramme. Darüberhinaus spielen in der PP-Streuung harte Gluonen wohl keine große Rolle, d.h. der Mechanismus für Hadronisierung funktioniert völlig anders. Ich bin mir da aber keineswegs sicher, man müsste sich die relevanten Quark- und Gluon-Strukturfunktionen anschauen.

3) Ich denke wenig. Nach meiner Argumentation ist ja nur relevant, dass die Quarks hochenergetisch, das Z dagegen (fast) in Ruhe ist.

youngling42 · Gast

Alles klar, dann danke für deine Hilfe smile

Hat mich schon deutlich weiter gebracht!