Estudios de precisión para procesos semi-inclusivos en colisionadores a altas energías

Abstract

Se estudian en esta tesis procesos semi-inclusivos en colisionadores de altas energías, con el fin de contar con la descripción más precisa posible de dichos fenómenos. Este tipo de procesos se caracterizan por la observación de un leptón o hadrón en el estado final. En particular, analizamos los procesos de dispersión inelástica profunda semiinclusiva (SIDIS) y la producción de un bosón W decayendo en un par leptón-neutrino en colisionadores hadrónicos.En primer lugar, se presenta en este trabajo la primera etapa del análisis de la componente longitudinal de SIDIS a segundo orden en teoría de perturbaciones en la constante de acoplamiento de la teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD), es decir a next-to-next-to-leading-order (NNLO). Hemos realizado el cálculo completamente analítico de la contribución a las funciones de estructura longitudinales de los canales partónicos que contribuyen por primera vez al orden analizado, que cuentan con la ventaja de no contener contribuciones con lazos (loops) ni distribuciones. Además, se presentan aspectos generales relacionados con la organización de un futuro cálculo completo a NNLO, como la descomposición en sabores de la sección eficaz total y un resumen de las diferentes contribuciones partónicas a tener en cuenta.Por otro lado, se estudia en esta tesis el proceso de producción de un leptón a través del decaimiento de un bosón W en la colisión de dos protones polarizados, tal como sucede en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). En particular, se realiza la resumación a todo orden en la constante de acomplamiento fuerte de las grandes correcciones logarítmicas que surgen cerca de la región cinemática umbral en que el espacio de fase disponible para la radiación de gluones reales se ve reducida. Este procedimiento se conoce como resumación de umbral y permite mejorar el comportamiento de la serie perturbativa. Estudiamos en este trabajo la implementación de la resumación de umbral al orden siguiente al dominante, conocido como next-to-leading logarithmic (NLL).

We study in this thesis semi-inclusive processes at high energy colliders, in order to obtain the most precise description of such phenomena. This kind of processes are characterized by the observation of a lepton or a hadron in the nal state. In particular, we study semi-inclusive deep inelastic scattering (SIDIS) and the production of a W boson, decaying into a lepton-neutrino pair, in hadron colliders. Firstly, we present the rst stage of the analysis of the longitudinal component of SIDIS at second order in perturbation theory in the strong coupling constant of Quantum ChromoDynamics (QCD), that is to say at next-to-next-to-leading-order (NNLO). We have performed the fully analytical computation of the contributions to the longitudinal structure function of those partonic channels that open for the rst time at this order, which have the advantage of presenting no loop corrections and no distributions. Besides, we show some general issues related to the organization of a future complete computation at NNLO, such as the avor decomposition of the total cross section and a summary of the di erent partonic contributions that must be taken into account. In addition, we study the process of lepton production through the decay of an intermediate W boson in the collision of two polarized protons, as measured at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). In particular, we perform the all-order resummation of the large logarithmic corrections arising near threshold, when the available phase space for real gluon emission is reduced. This procedure is known as threshold resummation and improves the behavior of the perturbative expansion. We perform the implementation of threshold resummation at next-to-leading logarithmic accuracy (NLL).