Exclusive photo and electroproduction of vector mesons in proton and nuclear targets within the color dipole model

Abstract

Nesse trabalho, fotoprodução e eletroprodução exclusivas dos estados fundamental e excitado dos mésons vetoriais ?, ?, ?, ? e ? são discutidas em colisões hadrônicas ultraperiféricas (UPCs) com prótons e núcleos como alvo. Como estamos interessados em espalhamentos nos quais o projétil é um fóton virtual ou quase real produzido pelo lépton ou hádron incidente, nós empregamos o modelo de dipolo de cor, o qual permite a fatorização do processo em três etapas. A primeira consiste no desdobramento do fóton no par q¯q, o qual é descrito por uma função de onda calculada perturbativamente. A segunda corresponde à interação desse par com o alvo, que é descrita por uma seção de choque de dipolo parametrizada para considerar os fenômenos não perturbativos. Nesse trabalho, usamos cinco parametrizações diferentes: duas integradas (GBW e KST) e três não integradas (bCGC, bSat e BK), estas dependentes do parâmetro de impacto. O terceiro passo é a transição do par q¯q num méson vetorial. As contribuições dessa parte para o cálculo de seções de choque totais e diferenciais em t é um dos principais objetos de estudo desse trabalho, por isso, para descrever mésons vetoriais leves e pesados, usamos dois modelos para a função de onda do méson vetorial: o modelo AdS/QCD holográfico e o modelo de potenciais (que incorpora a transformação de spin de Melosh). Com esse formalismo e com o próton como alvo, nós comparamos os nossos resultados com os dados disponíveis dos colisores HERA e LHC e obtivemos uma boa concordância tanto nos resultados diferenciais quanto nos resultados integrados. Para o caso nuclear, nós estendemos nossos cálculos a partir do uso da teoria de Glauber-Gribov e os aplicamos para a fotoprodução coerente e incoerente de mésons vetoriais em colisões ultraperiféricas com a inclusão dos efeitos de comprimento de coerência finito e sombreamento de glúons ajustado a dados. Nossos resultados independentes de t foram comparados com os dados disponibilizados pelo LHC, tanto para processos incoerentes (J/? a 2.76 TeV) quanto para processos coerentes (J/? e ?' a 2.76 e 5.02 TeV). Enquanto que no primeiro caso não conseguimos descrever o único dado disponível no momento, no segundo caso, nós obtivemos uma boa descrição dos dados coerentes, especialmente para J/?, o que mostra a eficácia do formalismo utilizado. Já no caso dependente de t, a divulgação recente de dados de fotoprodução coerente de J/? a 5.02 TeV foi uma ferramenta conveniente para medir a eficácia dos nossos resultados, os quais se mostraram muito próximos dos dados experimentais. Nós também apresentamos predições para seções de choque para produção de ?(1S) e ?(2S) em energias do LHC (s = 5.02 TeV), que podem ser úteis no futuro com novas medições nos grandes colisores de partículas.

Abstract: In this work, exclusive photo and electroproduction of ground and excited states of the vector mesons ?, ?, ?, ?, and ? are discussed in ultraperipheral hadron collisions (UPCs) with proton and nucleus targets. Since we are interested in scatterings with the projectile being a virtual or quasi-real photon produced by the incoming lepton or hadron, we employ the color dipole model, which permits the factorization of the process into three steps. The first one is the splitting of the photon in a q¯q pair, which is described by a perturbatively calculated wave function. The second is the interaction of this pair with the target, which is described by a parametrized dipole cross section in order to account for the non-perturbative effects. In this work, we use five different parametrizations, two integrated (GBW and KST) and three unintegrated (bCGC, bSat, and BK), which are b-dependent. The third step is the transition of the q¯q pair into the vector meson. This part?s contributions to the evaluation of total and t-differential cross sections is one of the main objects of study of this work, thus to describe light and heavy vector mesons, we used two models for the vector meson wave function: the AdS/QCD holographic model and the potential model (which incorporates the Melosh spin transformation). With this formalism and the proton as a target, we compared our results with the available data from the HERA and the LHC colliders, and we obtained a good agreement for both the differential and integrated results. For the nuclear case, we extended our calculations by using the Glauber- Gribov theory and applied it to the coherent and incoherent photoproduction of vector mesons in UPCs with the inclusion of the finite coherence length and gluon shadowing effects fitted to data. Our t-independent results are compared to the available LHC data in both incoherent (J/? at 2.76 TeV) and coherent (J/? and ?' at 2.76 and 5.02 TeV) processes. While in the first case, we could not describe the data, in the second case, we obtained a good description of the coherent data, especially for J/?, which shows the efficiency of the formalism used. In the t-dependent case, the recent publication of coherent J/? photoproduction data at 5.02 TeV was a convenient tool to measure the efficiency of our results, which were very close to the experimental data. We also presented predictions for ?(1S) and ?(2S) cross sections at LHC energies (s = 5.02 TeV), which can be helpful in the future with new measurements on the large particle colliders.