ZEUS 15 anni di onorata attivita nella fisica delle alte energie

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1 1 ZEUS 15 anni di onorata attivita nella fisica delle alte energie p 920 GeV Collaborazione ~ 320 fisici componente italiana ~ 17% Responsabilita INFN: e 275 GeV Spettrometro di protoni leading (LPS) fino al 2000 (HERA I) - Rivelatori di muoni forward barrel e rear (costruzione e mantenimento) - LPS (costruzione e mantenimento) - MVD (elettronica di frontend, DAQ) - Solenoide superconduttore per il campo del rivelatore centrale Rivelatore di vertice (MVD) dal 2003 (HERA II)

2 Riepilogo della presa dati 2 Acceleratore ep HERA: e ± 275 GeV p 820/920 GeV HERA I ( s~300 GeV): Luminosita utile per la fisica~130 pb -1 HERA II ( s~320 GeV): Luminosita utile per la fisica~370 pb -1 HERA II fasci di elettroni/positroni polarizzati ~ 35-40% HERA, dopo il difficile inizio della fase II, ha dimostrato ottima affidabilita Luminosita integrata quasi triplicata negli ultimi 2 anni Fine della presa dati prevista per giugno 2007 Ultimi 3 mesi (da aprile 2007) run ad energia ridotta del fascio di protoni (460 GeV) ) per la misura della funzione di struttura longitudinale (F L )

3 Programma di fisica 3 Contributi principali - Struttura del protone - Unificazione EW - QCD: α s, struttura del fotone - Fisica diffrattiva - Heavy flavors - Ricerche di fisica oltre il Modello Standard Nel seguito sono presentati alcuni dei contributi piu significativi scelti tra la grande mole di risultati prodotti Contributi principali Piano cinematico ieri, oggi, domani LHC HERA Tevatron Fixed target

4 Produzione scientifica 4 ZEUS Papers, 168 total 168 pubblicazioni dal 1992 ad oggi Molti risultati di grande impatto sulla comunita scientifica Gli articoli di ZEUS sono tra i piu citati in letteratura Top cited 100+ (SLAC-SPIRES) Responsabilita italiane nel management - 1 spokesman - 2 deputy spokesman - 3 physics chairman - presenza costante tra i coordinatori dei gruppi di fisica, del trigger, della produzione MC CDF CLEO ZEUS OPAL H1 L3 ALEPH D0 BaBar HERMES DELPHI SLD Single Collab LEP or LEP+SLD

5 Sezioni d urto ep: verifica della teoria EW 5 Teoria elettrodebole verificata fino a scale di Q 2 ~ GeV 2 ottimo accordo con le previsioni dello SM: - sezioni d urto NC e CC unificate ad alti Q 2 - differenze e+/e- collegate alla struttura chirale delle interazioni EW CC polarized ep scattering HERA II ZEUS dσ/dq 2 (pb/gev 2 ) HERA I ZEUS e + p NC ZEUS e p NC SM e + p NC (CTEQ6D) SM e p NC (CTEQ6D) Risultati da libro di testo riassumono decenni di studi sulla teoria EW ZEUS e + p CC ZEUS e p CC SM e + p CC (CTEQ6D) SM e p CC (CTEQ6D) σ 1± P 2 ± ± e p 2 e e p 2 polcc ( Q, x) = CC ( Q, x) HERA II ha inoltre permesso di sfruttare la polarizzazione dei fasci e+/e-: risultati in accordo con l assenza di correnti cariche tra stati right-handed σ Q 2 (GeV 2 )

6 Struttura del protone 6 e,ν Corrente neutra Corrente carica e q γ,z,w p proton remnant q jet q Scattering NC non polarizzato: 2 e p d σ ± NC ~ Y 2 + F2 ( x, Q ) Y xf3 ( x, Q ) Y± 1 (1 y ) dxdq = ± QPM : F = x e ( q + q) xf = 2 x e a ( q q) 2 2 q 3 q q Piano cinematico accessibile enormemente esteso rispetto alle misure precedenti a bersaglio fisso F 2 2 i x = , i = 21 x = , i = 20 x = , i = 19 x = , i = 18 x = , i = 17 x = , i = 16 x = , i = 15 x = 00013, i = 14 x = 00020, i = 13 x = 00032, i = 12 x = 00050, i = 11 x = 00080, i = 10 x = 0013, i = 9 x = 0020, i = 8 x = 0032, i = 7 H1 e + p x = 0050, i = 6 ZEUS e + p BCDMS NMC x = 0080, i = 5 x = 013, i = 4 x = 018, i = 3 x = 025, i = 2 Predizioni del Modello Standard molto sensibili alla conoscenza delle funzioni di struttura Risultati di fondamentale importanza per LHC H1 PDF 2000 extrapolation 10-3 x = 040, i = 1 x = 065, i = Q 2 / GeV 2 H1 Collaboration

7 QCD+EW fit Densita partoniche di quark e gluoni determinate utilizzando tutte le informazioni disponibili Fit QCD NLO che include misure di sezioni d urto inclusive CC/NC e di jet xf 7 In particolare l inclusione nel fit delle sezioni d urto di jet ha permesso di ridurre notevolmente le incertezze sulla densita gluonica x with jet data without jet data L uso di fasci polarizzati ha inoltre permesso di vincolare gli accoppiamenti assiali e vettoriali dei quark di valenza alla Z con un fit combinato QCD+EW Risultati di estrema precisione che migliorano quelli di LEP e Tevatron

8 8 Determinazione di α s Parametro fondamentale di QCD deve essere determinato sperimentalmente Misure consistenti provenienti da processi differenti successo della pqcd Ad HERA misure da diversi osservabili, risultati di precisione comparabile rispetto ad altri processi, incertezze dominate da contributi teorici HERA results Compilation of α s meas (HERA combined)

9 Struttura del fotone In DIS, (Q 2 0), il fotone virtuale si comporta come un oggetto puntiforme usato come sonda per indagare la struttura del protone In regime di fotoproduzione (Q 2 0) il fotone e un oggetto composto e la sua struttura puo essere indagata studiando la produzione di jet dijet in fotoproduzione: x γ = frazione del momento del γ che partecipa allo scattering 9 x γ 1 fotone diretto x γ < 1 fotone risolto Confronti con NLO (scala hard E t jet ): - risultati sensibili alla funzione di struttura del fotone (da tenere in conto per future parametrizzazioni) - Le parametrizzazioni oggi disponibili non descrivono completamente le caratteristiche dei dati - Accordo con la teoria ad alti x γ ed alti E t jet dove si e meno sensibili alla struttura del fotone

10 Large rapidity gap 10 Osservati ad HERA per la prima volta eventi DIS atipici senza attivita adronica tra jet e proton remnant Tipico evento DIS con connessione di colore tra jet e proton remnant elettrone jet η In eventi con LRG, l interazione tra fotone e protone e mediata da un singoletto di colore rapidity gap Proton remnant Eventi di questo tipo, interpretati come dovuti a scambio di pomerone, sono in seguito stati osservati anche nella fotoproduzione di jets La presenza di una scala hard (Q 2, E t jet, massa di mesoni vettori) ha permesso per la prima volta lo studio della diffrazione nell ambito della QCD perturbativa Eccesso di eventi con LRG rispetto alle predizioni di MC DIS nei dati raccolti da ZEUS nel 1994

11 Produzione elastica di Mesoni Vettori 11 Vector meson dominance + Regge σ ~ W δ δ dipende dal regime studio della transizione tra regime perturbativo e non perturbativo pqcd pqcd Fotoproduzione esclusiva di mesoni vettori La massa del mesone detta la scala del processo - Dipendenza soft dall energia per σ tot (γp) e mesoni leggeri (modello di Regge) - Mesoni pesanti: crescita molto piu ripida di σ con l energia in accordo con la pqcd - Forte sensibilita alla densita gluonica crescita con l energia legata al contributo gluonico a basso x

12 Protoni leading in DIS 12 Stazioni LPS m IP Protoni leading misurati grazie a 6 stazioni di µstrip al silicio poste in prossimita del fascio di protoni p Distribuzione piatta in x L (E p /E p ) fino al picco diffrattivo in accordo con dati pp Dipendenza da x L, p t 2 fit con un esponenziale a pendenza singola (~e -b(x L ) p t 2 ) in ciascun bin Non c e chiara evidenza di dipendenza della pendenza da x L indicazione di validita della fattorizzazione

13 Heavy Flavors - Terreno ideale per test di QCD - Scala del processo data dalla massa - Sensibile alla densita gluonica Color octet Color singlet 13 Processo dominante BGF Produzione inelastica di J/ψ in DIS (J/ψ µµ) z = E J/ψ /E γ risultati in ragionevole accordo con previsioni color NLO Contributi di ottetto di colore (introdotti per descriverere i dati di Tevatron) non sembrano necessari ad HERA Fotoproduzione di open beauty b jet µ campione arricchito di beauty tagliando sul pt del µ rispetto all asse del jet Misura nell accettanza del rivelatore Ragionevole accordo con le predizioni QCD NLO Conoscenza del background di QCD in bb ad LHC di fondamentale importanza per l Higgs Confronto tra teoria e dati ad HERA essenziale per migliorare la descrizione del processo

14 λ Ricerche oltre il Modello Standard SCALAR LEPTOQUARKS WITH F=0 ( S 1 / 2, L ) EXCLUDED H1 CI L3 indir limit Preliminary ZEUS limit H1 direct limit (e + p, Prelim) TEVATRON lim M LQ (GeV) Produzione di top singolo Possibile ad HERA in presenza di accoppiamenti anomali FCNC u-γ t o u-z-t Ottimo esempio di complementarita tra i differenti collider Produzione di Leptoquark Bosoni previsti da GUT e modelli SUSY che violano la R-parita HERA ambiente ideale: produzione risonante eq LQ fino a ~ 300 GeV Limiti dipendenti dalla coupling di Yukawa che accoppia e-q-lq (λ) Limiti di HERA migliori di LEP e Tevatron per masse > 240 GeV e q (u,c) HERA κ γ γ e top TEVATRON top κ γ /V Z 14 u,c γ /z HERA ha la migliore sensibilita per accoppiamenti che coinvolgono il fotone e γ LEP /z κ γ top /V Z e u,c