ИСТИНА

Фундаментальной научной проблемой, на решение которой направлен данный проект, является проверка теории сильных взаимодействий - квантовой хромодинамики в режиме сверхвысоких плотностей кварк-глюонной материи в адронных столкновениях при высоких энергиях. В этом режиме, в частности, значительно возрастает роль жестких и многопартонных взаимодействий, которые являются значимым фоном при поиске сигналов новой физики на LHC. Решение этой проблемы связано с адекватным теоретическим описанием различных жестких процессов, структурных функций и поляризационных наблюдаемых с помощью современных методов исследования, развиваемых авторами проекта.

The main goal of the project is investigation of the processes of single and pair heavy quarkonia (charmonia and bottomonia) production at the high energies and implementation the precise theoretical predictions for the cross sections and other observables with using the unintegrated (depended on the transverse momenta, or TMD) gluon densities in a proton. Lately these distributions are the object of the intensive theoretical investigations and widely used in the phenomenological description of the numerous processes of elementary particle interactions at the energies of modern colliders including the LHC. From the theoretical point of view, the concept of TMDs is closely related to the proof of kt-factorization which is the generalisation of the standard (collinear) factorization in the framework of Quantum Chromodynamics (QCD). From the phenomenological point of view, the importance of the TMD parton densities is determined by the possibility of taking into account the off-shellness of scattering amplitude and more accurate accounting of kinematics of the processes at the parton level in comparison with the standard (collinear) parton distribution functions. In this way the TMD densities play an important role in the investigation of hadron observables which are sensitive to the parton dynamics. The development of the computational methods at the next-to-the-leading order (NLO) kt-factorization approach proposed in the framework of the project seems to be extremely important for obtaining of such precise predictions. In addition, in this work it is planned to apply the new mechanism of the transition of octet states to the observable quarkonium, proposed recently by one of the authors of the project. This mechanism made it possible to solve the actual problem of J/psi and Psi(2S) meson depolarization at the region of the moderate and high transverse momenta. The processes of the heavy quarkonia pair production (such as, J/psi + J/psi, J/psi + Upsilon and other) only recently become available for experimental analysis. At this moment, the problem of the theoretical description of the cross sections such processes in the framework of the non-relativistic QCD remains unsolved. The existing calculations demonstrate the significant (more than one order) discrepancy from the experimental data of ATLAS and CMS collaboration at the central region rapidity particles. In the framework of the project for the first time the fragmentation contribution from the gluon emissions arised in the evolution of gluon distribution obeying the CCFM evolution equation will be studied. Also it will be considered the contribution from the double parton scattering to the cross section of the such processes. It is expected that agreement with experimental data of ATLAS and CMS Collaboration will be achieved or significantly improved. The relevance of the planned research is determined by the large amount of experimental data obtained at the LHC and other modern colliders which require the theoretical description at the QCD framework. The proposed solution of the fundametal problem of the self-consistent description of both the cross sections and the polarization observables for the considred processes will give us the deeper understanding of hadron matter structure, the spatial and momentum distribution of quarks and gluons, their evolution dynamics, in particular, in the region of small fraction of longitudinal momentum x.

Впервые будут получены калибровочно-инвариантные выражения для амплитуд вне массовой поверхности (т.е. с учетом ненулевой виртуальности начальных глюонов) процессов рождения пары тяжелых кварков в различных цветовых состояниях: g*g* → QQ[3S_1(8), 1S_0(8), 1P_1(1), 1P_1(8), 3P_J(1), 3P_J(8)] + g. Эти выражения необходимы для проведения вычислений в следующем за ведущим порядке в рамках подхода kt-факторизации. Будут проведены вычисления сечений процессов парного рождения J/psi мезонов в кинематической области экспериментов CMS и ATLAS в рамках kt-факторизационного подхода с учетом вкладов от партонных эмиссий, возникающих в ходе эволюции глюонного каскада. Будет проведен учет дополнительных нелидирующих вкладов в функции фрагментации кварков и глюонов в J/Psi мезоны и учет вкладов в сечения от радиационных распадов более тяжелых состояний, psi(2S) и chi_c. Ожидается, что в результате будет пролит свет на роль глюонных эмиссий в начальном состоянии и фрагментационных вкладов в сечения процессов парного рождения кваркониев и достигнуто (возможно — значительно улучшено) согласие теоретических предсказаний в рамках КХД с доступными экспериментальными данными коллабораций ATLAS и CMS. Будет получена оценка величины вклада механизма двойного партонного рассеяния в сечения этих процессов и выяснена возможность экспериментального выделения таких вкладов в различных кинематических режимах коллабораций CMS, ATLAS и LHCb. Ожидается, что тем самым будет определена кинематическая область, в которой двойное партонное рассеяние будет проявляться наиболее ярко.

В предыдущих работах авторов проекта были проведены расчеты сечений S- и P-волновых чармониев и боттомониев при энергии LHC. Предложен новый механизм перехода промежуточной октетной пары тяжелых кварков в кварконий, который дает возможность одновременного описания полного набора данных как для распределений по поперечному импульсу, так и поляризационных наблюдаемых. Оценен вклад двойного партонного рассеяния в сечение рождения пар тяжелых мезонов при энергии LHC. Продемонстрировано, что выделение этого вклада возможно по их распределению разности быстрот между мезонами. Оценен вклад двойного партонного рассеяния в сечение рождения векторных бозонов в сопровождении тяжелых мезонов при энергии LHC. Получены оценки сечений рождения прямых фотонов и адронных струй, парного рождения прямых фотонов, рождения лептонных пар Дрелла-Яна, хиггсовских частиц и изучена динамика неинтегрированных кварковых распределений в протоне. Достигнуто хорошее согласие расчетов с экспериментом. Проведены расчеты сечений парного рождения J/Psi мезонов при энергиях коллайдера LHC. Вклад октетных состояний был рассчитан с помощью фрагментационного механизма с учетом эффектов множественного излучения глюонов в начальном состоянии, которые подчиняются уравнению глюонной эволюции CCFM. Показано, что эти эффекты играют определяющую роль при описании данных в области центральных быстрот. Получена оценка величины эффективного сечения ДПР, которая согласуется с результатами многих других измерений. Разработан новый Монте-Карло генератор событий PEGASUS, который позволяет производить расчеты с использованием как обычных (коллинеарных) функций распределения партонов, так и TMD распределений партонов в протоне. Ключевой особенностью генератора является то, что для работы с ним не потребуется специальных навыков программирования и опыта работы с другими генераторами; так что он может быть использован даже студентами старших курсов и аспирантами.