Fotoprodução exclusiva de quarkônios pesados em colisões ultraperiféricas

Abstract

Neste trabalho, discutimos a fotoprodução exclusiva de estados fundamentais e excitados dos mésons vetoriais J/?(1S, 2S) e ?(1S, 2S) em colisões ultraperiféricas (UPCs) entre íons e prótons. Para as funções de onda do fóton que se desdobra no par quark-antiquark utilizamos as já bem conhecidas e utilizadas na literatura funções de onda nas variáveis do cone de luz. Para a interação do dipolo de quarks com o íon, utilizamos as seções de choque obtidas fenomenologicamente GBW e KST, e discussões acerca do limite não perturbativo da QCD são desenvolvidas. Posteriormente, utilizamos os modelos de potenciais entre quarks, bem como efeitos de spin dos mesmos, para obter as funções de ondas dos mésons pesados através das equações de Schrödinger no regime não relativístico. Encontramos uma boa concordância entre os nossos cálculos e os dados obtidos dos colisores de LHC e HERA para J/?(1S, 2s) e ?(1S) em colisões ?p. Utilizando o fluxo de fótons provindo do método de Weizsäcker-Williams e a seção de choque de fotoprodução nuclear da teoria de Glauber-Gribov, somos capazes de estender a análise para o caso nuclear, e comparar os resultados obtidos com os aceleradores de partículas. Das produções nucleares, dois casos são possíveis de serem obtidos, o caso em que o núcleo alvo permanece intacto (produção coerente) e o caso em que o mesmo se excita ou quebra para um estado qualquer (produção incoerente). Dois efeitos de grande importância são apresentados no caso de colisões ultraperiféricas nucleares (AA UPCs), chamados de sombreamento de glúons e comprimento de coerência finita. Nossos resultados são comparados com os dados recentes do aceleradores LHCb, CMS e ALICE para o caso incoerente (J/?(1S) para 2.76 TeV) e para o caso coerente (J/?(1S, 2S) para 2.76 e 5.02 TeV). Também mostramos as predições para os estados que ainda não possuem dados, no aguardo que futuras medições tragam uma informação mais detalhada sobre as funções de onda dos mésons vetoriais e sobre os efeitos nucleares.

Abstract: In this work, we discuss the exclusive photoproduction of ground and excited states of ?(1S, 2S) and ?(1S, 2S) in ultraperipheral collisions (UPCs) of ions and protons. For the photon wave functions that fluctuates to the pair quark antiquark we use the well known and used in literature wave functions in the light-cone variables. For the interaction of the quarks dipole with the target, it is used the dipole cross sections obtained phenomenologically GBW and KST, and discussions about the non-perturbative QCD limit are made. Furthermore, using the potential models in order to obtain the vector meson wave function, we find a good agreement of our calculations with data from the LHC and HERA colliders for J/?(1S, 2S) and ?(1S) in ?p collisions. Using the photon flux from the Weizsäcker-Williams method and the Glauber-Gribov photoproduction cross section in the nuclear regime, we are able to obtain the total nuclear cross sections and compare them with the data from accelerators. For the nuclear processes, two cases are important to understand: the one where the nucleus stays intact (coherent production) and the one in which it breaks or is excited (incoherent production) after the collision. Two effects are also discussed in this work and are important in the calculations to the nuclear target case: the gluon shadowing and the finite coherence length. Our results are compared to the LHCb, CMS and ALICE data, in both incoherent (J/?(1S) at 2.76 TeV) and coherent (J/?(1S, 2S) at 2.76 and 5.02 TeV) processes. We also provide the corresponding predictions for the excited states of charmonia and bottomonia, in the expectation that future measurements could provide a more detailed information about the vector meson wave functions and the nuclear effects.