Ein- und Ausblicke in die harte Diffraktion aus ep und pp Streuungen Das Phänomen Diffraktion Regge und QCD QCD Faktorisierung Diffraktion bei HERA Strukturfunktion, Zwei-Jet- und Vektormeson-Produktion Diffraktion am Tevatron Strukturfunktion, DPE, Faktorisierung Kerstin Borras Frühjahrstagung der DPG Leipzig, 21. März 2002

Was ist Diffraktion ? Optik Hadron-Streuung + Objekt + ObjektHa + Hb elastisch: Historisch: Heute : Wechselwirkungen durch Austausch ohne Farbe und Quantenzahlen Rapidity-Gap-Ereignisse.

Diffraktive Prozesse Hadron-Hadron Elastisch Doppelte diffr. Diss. Doppelter IP Austausch(DPE) Einfache diffr. Diss. Nachweis: führendes Hadron (VPS) und/oder Rapidity-Gap (farbloser Austausch ohne QZ) Überraschung: Rapidity-Gaps auch in DIS bei HERA !

Diffraktive DIS auch bei HERA Rapidity-Gap:kein Teilchenfluß y=1/2 log ((E+p z )/(E-p z )) = - log tan ( /2)

Bekannt: Regge-Phänomenologie Regge-Trajektorie: (t)= 0 + ´ t tot ~ s 0 -1 wächst mit s Totaler Wirkungsquerschnitt: weiche Prozesse, z.B. elastisch: Pomeron (IP) mit 0 > 1

Heute: pQCD Partonen als Grundbausteine: Quarks & Gluonen Störungstheoretische Berechnungen brauchen harte Skala: Erfolgreiche Beschreibung der starken Wechselwirkung auf dem Parton-Niveau: harte Prozesse

Weiche und harte Prozesse Regge Hadronen weiche Prozesse makroskopische pQCD Partonen harte Prozesse mikroskopische auf Parton-Niveau Harte Diffraktion: Prozesse mit weichem Anteil und harter Skala durch hohes Q 2, Jets oder Vektormesonen,..... Messe inklusiv (F 2 D ), teste exklusiv (Jets)

Kinematische Variablen Q 2 = Virtualität x = x q / p oder x g / p x IP = x IP / p = x q / IP oder x g / IP t = (p – p´) 2 W s

QCD Faktorisierung in DIS Inklusive DIS: Theorie: QCD Faktorisierung gilt DIS (x,Q 2 ) F 2 (x,Q 2 ) f q (x,Q 2 ) pQCD Diffraktive DIS: Theorie: QCD Faktorisierung gilt DDIS (x IP,t,,Q 2 ) F 2 D (x IP,t,,Q 2 ) f q D (x IP,t,,Q 2 ) pQCD Partonverteilungen universell gleiche QCD Entwicklung mit DGLAP harte Streuung in DDIS = harte Streuung in DIS gleiche Partonenverteilungen für andere Prozesse bei gleichen (x IP,t) Experimentelle Überprüfung

QCD Faktorisierung in pp und p ? Experimentelle und theoretische Herausforderung ! Theorie: QCD Faktorisierung nicht bewiesen z.B.: Wechselwirkungen der Hadron-Remnants Phänomenologische Ansätze zur Gap-Survival-Probability

Diffraktive Strukturfunktion bei HERA Messung von F 2 D wie F 2 : keine t Messung dt : Regge: 1/x IP – Verhalten messe x IP F 2 D(3) F 2 D q D (x) + q D (x) F 2 D / lnQ 2 g D (x)

Diffraktive Partondichten Anwendung der DGLAP Gleichungen in einer QCD- Anpassung an F 2 D Daten zwei Lösungen Unsicherheit bei hohen Gluon dominiert f D ( ) Qualität der Anpassung vergleichbar mit F 2

Farbdipol - Modelle Proton-RuhesystemLaborsystem * p p'p' Golec-Biernat / Wüsthoff: -Dipol aus Anpassungen an F 2 und Vorhersage F 2 D ! G-BW F 2 F 2 D und g(x) bei kleinen x

Hadronische Endzustände Motivation: Test QCD-Faktorisierung Unterscheidung zwischen q/g dominierten IP qq / qqg Beiträge im Zwei- Gluon-Austausch Meßgrößen: Energiefluß Ereignistopologie Charm Produktion Jet-Erzeugung Vektormeson-Produktion

Diffraktive Jet-Ereignisse in DIS Zwei-Jet-Ereignisse: Drei-Jet-Ereignisse: qqg > qq QCD – Faktorisierung erhalten !

Vektormeson-Produktion bei HERA Q 2 0 < Q 2 < 100 GeV 2 W p 20 < W p < 290 GeV t0 < |t| < 20 GeV 2 VM 0,,, J/, ', Wenige Teilchen im Endzustand: klare experimentelle Signatur Überprüfung von Modellen, hier VDM+Regge und pQCD-Modell Analyse des Überganges: weiche harte Prozesse mit unterschiedlichen Skalen

Modelle zur Vektormeson-Produktion VDM + ReggepQCD Modelle VM ( 0,, ) f 2 V * p p'p' p Vp = f 2 V Vp Vp Wirkungsquerschnitte: d Vp Vp /dt = e -b 0 t W 4( IP (t) -1) Vp Vp ~ W 4( IP (0) -1) ~ W 0.22 QCD-Rechnungen: p Vp ~ [xg(x,Q 2 )] 2 [x -0.2 )] 2 ~ W 0.8 (x ~ 1/ W 2)

Wirkungsquerschnitte Photoproduktion: J / und pQCD: Masse 0,, klein Regge Masse J / groß pQCD pQCD ~ [xg(x,Q 2 )] 2 zeigt nur schwache Q 2 Abhängigkeit Q 2 eff = Q 2 eff (Q 2,M,|t|)

Zusammenfassung HERA Konzepte für diffraktive DIS: QCD-Faktorisierung & Partondichten Farbdipol-Modelle Konsistente Beschreibung im Rahmen der QCD für inklusive Messungen (F 2 D ) und exklusive Messungen (Jets, Vektormesonen) innerhalb der bisherigen Meßgenauigkeit

Quer über den Atlantik * p pp Tevatron-Experimente D0 und CDF Tevatron: 1% Diffraktion HERA: 10% Diffraktion Einf. Diffr. Diss.DPE Einfache diffraktive Dissoziation: W- / Z-Bosonen, Beauty, J /, Jets

Strukturfunktion zur diffraktiven Zwei-Jet- Erzeugung Messe: x=1/ s i=1,2(3) E T,i e - i 3. Jet nur, wenn E T >5GeV (=x IP ) mit VPS : = x/ Effektive Strukturfunktion für Zwei-Jet-Erzeugung: F jj (x)=x[g(x)+4/9 ( q(x)+q(x))] p p p´ VPS IP( (=x IP ),t) Tevatron: Kombination g, q HERA: q direkt, g indirekt

Faktorisierungstests Tevatron HERA s=1800GeV s=300GeV Tevatron: einf.Diffraktion, s - Variation s=1800GeV s=630GeV Tevatron: einf.Diffraktion DPE s=1800GeV s=450GeV

Strukturfunktion zur diffraktiven Zwei-Jet- Erzeugung F jj D (, ) ~ 1/ n mit n= Vergleich mit HERA: Normierung zu hoch Form ? Faktorisierungsbrechung !

Zwei-Jet-Struktur bei s=630GeV F jj D (, )~ 1/ n unabhängig von s Faktorisierung ? CDF Tevatron: s=1800GeV s=630GeV

Faktorisierungstests mit Doppeltem Pomeron Austausch Tevatron: einf.Diffraktion DPE s=1800GeV s=450GeV Änderung von s durch Vorselektion s Variation ähnlich zu: Tevatron HERA ( s=300GeV )

Faktorisierungstests mit Doppeltem Pomeron Austausch Form: innerhalb der Meßfehler gleich Normierung: Faktor 5 zu hoch Faktorisierungsbrechung in gleicher Größenordnung wie im Vergleich zu HERA Messe: Faktorisierung: CDF und =

Zusammenfassung Tevatron Theorie: QCD-Faktorisierung nicht erwartet Experiment: Diffraktion am Tevatron ~ 1%, bei HERA ~ 10% F jj D gemessen und mit HERA verglichen F jj D bei verschiednen s gemessen Faktorisierungsbrechung

Faktorisierung bei HERA: Zwei-Jets in Photoproduktion pp Punktförmiges (wie DIS) x jets 1 Hadronisches x jets < 1 Reproduktion der Daten mit Gap-Survival-Probability = 0.6 Faktorisierungsbrechung ! p

Zusammenfassung Theorie: QCD-Faktorisierung in DDIS genauso wie in anderen harten QCD- Prozessen Mit Farbdipol-Modellen erstmalig Vorhersage von Diffraktion aus inklusiver DIS Experiment: Inklusive Daten präzise diffraktive Partondichten bestimmt Faktorisierung durch Anwendung auf exklusive Daten getestet *p: Faktorisierung bestätigt p und pp: Faktorisierung gebrochen innerhalb der Meßunsicherheit und in führender Ordnung.

Die Zukunft Alle HERA und Tevatron Experimente werden bald neue Analysen mit HERA I oder Run I Daten veröffentlichen. Alle Experimente haben ihren Detektor durch neue Komponenten und Umbauten gut auf die neuen Daten von HERA II und im Run II am Tevatron vorbereitet. Faktorisierung genauer testen QCD weiter in den Bereich der weichen Prozesse bringen Viele verschiedene, auch seltene, Prozesse messen Akzeptanzbereich in x IP und t erweitern Genaue Messungen mit hoher Statistik und kleinen systematischen Unsicherheiten Nahziel: Fernziel:

Die Zukunft mit HERA II Daten mit hoher Statistik mit gemessener t - Abhängigkeit bei hohen Q 2 in CC Ereignissen mit Vektormeson-Produktion von schweren Mesonen oder ganz leichten ( und DVCS ) mit e + p, e - p, e L p, e R p... Diffraktion

Parallelsitzung Diffraktion heute nachmittag: Pomeron- and Odderon Induced Photoproduction of Mesons Decaying to Pure Multiphon Final States at HERA Exclusive Elektroproduktion von J/ im ZEUS Experiment bei sehr kleinen Q 2 Exclusive Produktion von J/ in tiefinelastischer Elektron-Proton- Streuung im ZEUS Experiment Diffractive 0 production at HERMES Untersuchung der tief-virtuellen-Compton-Streuung mit dem HERMES- Experiment On the structure of the virtual Compton amplitude width additional final-state meson in the extended Bjorken region Analysis of prompt photon production at H1