Perturbative study of selected exclusive QCD processes at high and moderate energies
Description
At high enough energies, QCD processes can be factorized into a hard part, which can be computed by using the smallness of the strong coupling to apply the perturbative Feynman diagram method, and a non-perturbative part which has to be fitted to experimental data, modeled or computed using other tools like for example lattice QCD. However the smallness of the strong coupling in the perturbative part can be compensated by large logarithms which arise from the cancellation of soft or collinear divergences, or by the presence of multiple kinematic scales. Such logarithmically-enhanced contributions must be resumed, leading to the DGLAP evolution at moderate energies and to the BFKL or B-JIMWLK equation in the high energy limit. For the largest energies gluon recombination effects lead to saturation, which can be described in the color glass condensate (CGC) or shock-wave formalism. In this thesis, we propose to study several exclusive perturbative QCD processes in order to get a better understanding of factorization, resummation and saturation effects. In the first part we perform the first computation of an exclusive quantity at Next-to-Leading-Order (NLO) accuracy using the QCD shock-wave formalism. We calculate the NLO amplitude for the diffractive production of an open quark-antiquark pair, then we manage to construct a finite cross section using this amplitude by studying the exclusive diffractive production of a dijet. Precise phenomenological and experimental analysis of this process should give a great insight on high energy resummation due to the exchange of a Pomeron in diffraction, which is naturally described by the resummation of logarithms emerging from the soft divergences of high energy QCD. Our result holds as the center of mass energy grows towards the saturation scale or for diffraction off a dense target so one could use it to study saturation effects. In the second part we show how the experimental study of the photoproduction of a light meson and a photon at moderate energy should be a good probe for Generalized Parton Distributions (GPDs), one of the generalizations of the non-perturbative building blocks in collinear factorization. In principle such a study would give access to both helicity-conserving and helicity-flip GPDs. We give numerical predictions for this process at JLAB[at]12GeV. (author)
Abstract (French)
Aux energies assez hautes, les processus de Chromodynamique Quantique (QCD) peuvent etre factorises en une partie dite dure, calculable via la methode perturbative des diagrammes de Feynman grace a la petitesse de la constante de couplage, et une partie non-perturbative qui doit etre obtenue experimentalement, modelee ou calculee a partir d'autres methodes comme par exemple la QCD sur reseau. Cependant, la petitesse de la constante de couplage de QCD dans la partie perturbative peut etre compensee par de grands logarithmes emergeant de la compensation de divergences molles ou colineaires, ou de la presence de plusieurs echelles cinematiques. De telles contributions logarithmiquement compensees doivent etre resommees, afin d'obtenir l'equation d'evolution DGLAP aux energies moderees et l'equation BFKL ou B-JIMWLK dans la limite des tres hautes energies. Aux energies les plus hautes, des effets de recombinaison gluonique menent a la saturation, qui peut etre decrite avec le formalisme des ondes de choc de QCD, ou CGC. Dans cette these, l'etude de certains processus exclusifs decrits via la QCD perturbative est proposee, afin d'ameliorer la comprehension de la factorisation en QCD, et des effets de resommation et de saturation. Dans la premiere partie de ce manuscrit, le premier calcul d'une quantite exclusive au premier ordre sous-dominant (NLO) effectue a l'aide du formalisme des ondes de choc de QCD est detaille. L'amplitude pour la production ouverte d'une paire quark-antiquark y est derivee, puis la maniere de construire une section efficace finie pour la production exclusive d'un double jet vers l'avant dans un processus diffractif a partir de cette amplitude est decrite. Une etude precise phenomenologique et experimentale de ce processus devrait permettre une grande avancee dans la comprehension des effets de resommation, via ici l'echange d'un Pomeron en diffraction, objet naturellement decrit par la resommation de logarithmes provenant de la compensation de divergences molles aux hautes energies. Le resultat presente ici est valable lorsque l'energie dans le centre de masse du processus hadronique approche la limite de saturation ou pour des collisions impliquant des ions lourds. En consequence, une telle etude serait une bonne methode d'analyse des effets de saturation. Dans la deuxieme partie, il est montre que l'etude experimentale de la photoproduction d'un meson leger et d'un photon aux energies moderees constitue un bon moyen d'acceder aux Distributions de Partons Generalisees (GPDs), l'une des generalisations des quantitees non-perturbatives apparaissant en factorisation colineaire. En principe, une telle etude devrait donner acces aux GPDs conservant l'helicite, mais aussi aux GPDs renversant l'helicite, encore jamais observees experimentalement. Une etude de faisabilite complete pour ce processus a JLab[at]12GeV est detaillee. (auteur)
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Additional titles
- Original title (English)
- Etude perturbative de differents processus exclusifs en QCD aux energies hautes et moderees
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 174 p.
- Report number
- FRNC-TH--11765
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 52056895
- Subject category
- S72: PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- EXCLUSIVE INTERACTIONS; FACTORIZATION; FEYNMAN DIAGRAM; GLUON-GLUON INTERACTIONS; GLUONS; QUANTUM CHROMODYNAMICS; QUARK MATTER; QUARK MODEL; QUARK-GLUON INTERACTIONS; QUARKS
- Descriptors DEC
- BOSONS; COMPOSITE MODELS; DIAGRAMS; FERMIONS; FIELD THEORIES; INFORMATION; INTERACTIONS; MATHEMATICAL MODELS; MATTER; PARTICLE INTERACTIONS; PARTICLE MODELS; QUANTUM FIELD THEORY
Optional Information
- Notes
- 181 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses