Zakład Teorii Czastek˛ NZ42 - ifj.edu.pl · prof. dr hab. Stanisław Jadach prof. dr hab Zbigniew...

Zakład Teorii Czastek NZ42

M. Skrzypek

IFJ PAN, Kraków, Polska

M. Skrzypek (NZ42) NZ42 Przeglad 2014 27.01.2014 1 / 17

Skład osobowy (stan na 31.12.2013)

◮ Pracownicyprof. dr hab. Stanisław Jadachprof. dr hab Zbigniew Wasprof. dr hab. Maciej Skrzypekdr hab. Andreas van Hameren, prof. IFJdr Krzysztof Kutakdr Olga Shekhovtsova

◮ Zatrudnieni w ramach grantówdr Piotr Kotko

◮ Doktorancimgr Jakub Zaremba (prof. Zbigniew Was)mgr Oleksandr Gituliar (prof. M. Skrzypek, dr A. Kusina)


Stopnie naukowe uzyskane w latach 2011-2013

◮ Habilitacje◮ dr Andreas van Hameren

Computational aspects of multi-particle processes at collider

experiments

◮ Rozprawy doktorskie◮ mgr Aleksander Kusina

„Exclusive Kernels for NLO QCD Non-Singlet Evolution”

Promotor: prof. S. Jadach◮ mgr Magdalena Sławinska

„Stochastic Exclusive Modelling of NLO QCD Evolution”

Promotor: prof. S. Jadach◮ mgr David Edwin Alvarez Castillo

„Nuclear Symmetry Energy Effects in Neutron Star Interiors”

Promotor: prof. S. Jadach, Promotor pomocniczy: dr S. Kubis


Publikacje

2011 2012 2013

Artykuły 19 14 27

Materiały konf. 2 1 –

Raporty 3 7 5

Art. popularno-nauk. – – 1

Konferencje (współ)organizowane

2011 2012 2013

1 3 3

Granty (stan na 31.12.2013)

NCN: 3, NCBiR: 1, FNP: 1, MNiSW: 1, FP7: 1 (podwykon.)


Współpraca ze studentami

2011 2012 2013

Prace magisterskie – – 3

Prace licencjackie 2 2 1

Praktyki 4 5 2



◮ National Science Centre Projects2011/03/B/ST2/00107 “Leptony tau – symulacje, daneeksperymentalne i opis fenomenologiczny dla niskich iwysokich energii” (2012-2015),coordinator: prof. Zbigniew Was

2011/03/B/ST2/02632 “Nowe metody obliczen poprawekwysokiego rzedu w ramach kwantowej teorii pola dla potrzebpomiarów w Wielkim Zderzaczu Hadronowym LHC”(2012-2015), coordinator: prof. Stanisław Jadach

Program HARMONIA 2012/04/M/ST2/00240 “Rozwójnarzedzi do symulacji stochastycznych dla potrzeb fizykiwysokich energii w zderzaczu LHC” (2012-2015)coordinator: prof. Maciej Skrzypek



◮ National Centre for Research and Development ProjectProgramm Lider/02/35/L-2/10NCBiR/2011 “Matrix Elementsand Exclusive Parton Densities for Large Hadron Collider”(2011-2014), coordinator: doctor Krzysztof Kutak

◮ Foundation for Polish Science ProgrammeProgram POMOST – Project: Development and applicationof algorithms for analysis and interpretation of experimentaldata of multidimensional nature. Case of tau decay data atB- factories and predictions of Resonance Chiral Theorydeduced from QCD, (2013-2015), coordinator: dr OlgaShekhovtsova



◮ Polish Ministry of Science and Higher EducationProjectsStypendia MNiSW dla wybitnych młodych naukowców:Dr Krzysztof Kutak (23.11.2012 – 31.10.2015)

◮ Project to which IFJ PAN contributes, but is not asignatory to the contract7. PR, PEOPLE - Marie Curie Initial Training NetworkProject: “LHCPhenoNet - Advanced ParticlePhenomenology in the LHC area”Contract No: PITNG-GA-2010-264564 (2012-2014)Polish Coordinator: Uniwersytet Slaski w KatowicachCoordinator at IFJ PAN: Prof. Stanisław Jadach



2013:

◮ Cracow Epiphany Conference on the Physics after the FirstPhase of the LHC 7-9.01.2013 r, 100 osób (M. Skrzypek)

◮ Workshop on tau lepton decays: hadronic currents fromBelle BaBar data and LHC signatures, 16-20.09.2013 r. 25osób (Z. Was)

◮ LHCPhenoNet Summer School 7-12.09.2013r., główny

organizator: Uniwersytet Slaski, (M. Skrzypek, S. Jadach)



2012:

◮ Cracow Epiphany Conference on Present and Future ofb-physics, 9-11.01.2012 r. 93 osoby (M. Skrzypek)

◮ CERN Council Open Symposium on European Strategy forParticle Physics, 10-12.09.2012 r. 500 osób (M. Skrzypek)

◮ Workshop - The tau lepton: hadronic currents and data ofBelle and BaBar experiments - for the new physicssignatures at LHC. 14-19.05.2012 r. 24 osoby (Z. Was)

2011:

◮ Cracow Epiphany Conference on the First Year of the LHC.10-12.01.2011 r. 119 osób (M. Skrzypek)


Tematyka badan

Co robimy? Szukamy metod rozwiazania kwantowej teorii pola,

czyli Modelu Standardowego oddziaływan fundamentalnych

60 lat trwało sformułowanie ogólnej metody obliczen poprawekpierwszego rzedu (jednopetlowych), np. dla ee → 4fermiony

. . . trzeba wymyslic nowe metody dla kazdego rzedu/wielkosci/grafu

Pytamy co sie dzieje w skali Plancka a nie obliczylismy poprawek dla LHC

. . . minimalna zmiana masy H lub t destabilizuje wszechswiat

Musimy rozwiazac QFT do ∞ rzedu (chocby w przyblizeniu)

. . . takie złozone i dokładne sa eksperymenty

Metoda powinna byc typu stochastycznego (Monte Carlo)

. . . detektory sa skomplikowane


Główne projekty badawcze

Elektrosłabe

◮ efekty multifotonowe PHOTOS ⇒ O. Shekhovtsova

◮ rozpady leptonu τ (EW+QCD) TAUOLA ⇒ O. Shekhovtsova

◮ procesy ee → f f KKMC (przyszłe zderzacze)

◮ procesy ee → f f f f KoralW (przyszłe zderzacze)

Chromodynamika

◮ elementy macierzowe dla kaskad ⇒ A. van Hameren

◮ fizyka małego x Bjorkena, faktoryzacja kT ⇒ K. Kutak

◮ kaskady partonowe dla duzego x Bj. ⇒ M. Skrzypek


Symulacje kaskad partonowych w QCD w

przyblizeniu NLO

S. Jadach (IFJ PAN)M. Skrzypek (IFJ PAN)O. Gituliar (IFJ PAN)W. Płaczek (UJ)M. Mangano (CERN)S. Sapeta (CERN)A. Siódmok (Manchester U.)A. Kusina (SMU Texas)

Cel: stworzyc pierwsza kaskade partonowa zawierajaca pełneprzyblizenie niewiodace, next-to-leading, w kaskadzie-drabiniejak i w twardym elemencie macierzowym.

Powód: precyzja pomiarowa LHC wymaga rachunków napoziomie next-to-leading a nawet next-next-to-leading


Poprawki radiacyjne w QCD - kaskady partonów

hn

h1

W/Z

p

p h2

FAKTORYZACJA

• PDF w protonie

• z eksperymentu

w nizszych E

• kaskada part.

• równ. ewolucji

• Monte Carlo

• twardy proces

• skonczony rzad

• Monte Carlo

• hadronizacja

• modelowanie


Historia symulacji stochastycznych w QCD

NLO

NLO

NLO

NNLO

NNLO

LOLOLO równanie: 1972

rozw. stochast: 1985, PYTHIA, HERWIG

kaskada: LO el. macierzowy: LO

równanie: 1978

rozw. stochast: 2003, POWHEG, MC@NLO

kaskada: LO el. macierzowy: NLO

rozw. stochast: 2008, Jadach et al.

kaskada: NLO el. macierzowy: NLO

równanie: 2003

rozw. stochast: ????, ????


Wymyslic metode, wyliczyc jadra, elementy macierzowe,transformacje kinematyczne, . . .

γ *

gluon

quar

k1−st order corrections

Born

quarkgluon

proton

Virt

procedura rewagowania

W ∼

∣

∣

∣

2

1

∣

∣

∣

2=

∣

∣

∣

+2

1

2

1

∣

∣

∣

2−

∣

∣

∣

2

1

∣

∣

∣

2

D[1]B

(x , Q) = e−S

ISR

∞X

n=0

(

2

1

n

2

n−1

x

+n

X

p=1

2

1

n

2

n−1

p+

nX

p=1

p−1X

j=1

2

p

n

1

j

)

= e−S

ISR

(

δx=1+

+∞

X

n=1

„ nY

i=1

Z

Q>ai >ai−1

d3ηi ρ(1)1B

(ki )

«»

1 +n

X

p=1

β(1)0

(zp) +n

X

p=1

p−1X

j=1

W (kp, kj )

–

δx=Q

nj=1

xj

)

.


. . . napisac program

Przyczynki LO i NLO w kaskadzie-drabinie


� �

��

��

��

��

��

� ��

� ��

�

� �

��

� �!∀#��∃�%��&∋())�∋()∗&)((((((+�∃�� ,−��

� �� +��.∃+−/((((&∋())�∋()−&−/((((+�∃�� ,∋��

� � �

0��1��2��

� 3��4��%�5��6�� 7&� ��434∀��68 �94:�� 7� ��4�4 ��%�� 6!.;7� ��4<�14=49� �� 6!.;7� ��4>4;��<6!.;7� ��4�4;� �6∀#>?7� ��4.4�� 60≅��7� ��+4��6!.;7� 3��434+��6=� 7� ��4Α4+��68;7� ��4Β4>�� 434>�� 6∃��7� ��4>4>��6�#�∃7� ��4+4>��6��9��7� ��434>��6!.;7� ��∀4Β�� 6!.;7

�

�

)∗��1

+��&�� ∃��&= ��&>��&8>=

� �

Α� ��

� ∃�� ∋;�#+&+<��4��94∀

� ��2�� <�� Χ��<;�#+&+<��4��4%&=��4+<��4+��

� ∃��2�� Χ+<��4��4%&∋;�#+&

� +��+<��4��4%&#+;4�&∋+<��4��94∀&! �4;43��4+<��4#

� Β��< ��3� ��+<��4��4%&;�#+

)∗��

−(��

� �

>�� &��&��

� >�� ∆�∀4�� ,%∃�&!=>&>��&Α�<�

� �� ∆�∀Ε��∋()−

� �� 3+!Ε��∋()−

� Α�� #�<� �∋()∗

� Α�� 3+!Ε��∋()∗

� Α��+=+ ��2��

� Α��Φ�� >2�� 6∃��>2��7 ��

� Α�� 0�� >��>2�� 2��

� >�� 1�� <��< ��∋()∋�)()Γ

� ∃�� 4Β��>��

mailto:QCD@LHC

mailto:MPI@LHC

mailto:MPI@LHC

Matrix elements forthe high-energy regime at LHC

Andreas van HamerenThe Henryk Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics

Polish Academy of Sciences

000

PDFs are related to the structure

of the hadrons, universal to the

scattering process

Observable, imposes

phase space cutsPhase space (includes

spin/color summation)

governs the kinematics

Matrix element (squared)

contains model parameters,

governs the dynamics

1h h2

21

3n ...

Hard scattering cross sectionswithin collinear factorization

σh1,h2→n(p1, p2) =∑

a,b

∫

dx1dx2 fa(x1, µ) fb(x2, µ) σa,b→n(x1p1, x2p2;µ)

σa,b→n(pa, pb;µ) =

∫

dΦ(pa, pb → {p}n) |Ma,b→n(pa, pb → {p}n;µ)|2 O(pa, pb, {p}n)

Hard scattering cross sectionswithin collinear factorization

002 2Matrix elements for the high energy regime at LHC | Andreas van Hameren | 27−01−2014

High−energy factorization

ℓ1

ℓ2

k1

k2

+ +∝ ℓ

µ1

∝ ℓµ2

Catani, Ciafaloni, Hautmann 1991

σh1,h2→QQ =

∫

d2k1⊥

dx1

x1F(x1, k1⊥)d

2k2⊥

dx2

x2F(x2, k1⊥) σgg

(

m2

x1x2s,k1⊥

m,k2⊥

m

)

Imposing high-energy kinematics,

kµ1 = x1ℓ

µ1 + k

µ1⊥ , k

µ2 = x2ℓ

µ2 + k

µ2⊥ with ℓ1,2 · k1⊥,2⊥ = 0 ,

the amplitude for g∗g∗ → QQ is gauge invariant.

We generalized this to arbitrary processes.

High−energy factorization


Forward 3−jet production

dσAB→3j =∑b

∫d2kA⊥

∫dxA

xAF(xA, kA⊥)

∫dxB fb/B(xB)dσg∗b→3j(xA, kA⊥, xB)

Unintegrated pdfs F from Kutak, Sapeta 2012 :

• (linear) BFKL

• non-linear unified BK/DGLAP for proton

• non-linear unified BK/DGLAP for Pb

ϕ13

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

dσ/d

ϕ13[pb]

10

210

310

kinematic cuts :

20 GeV < pT 3 < pT 2 < pT 1

3.2 < |η1,2,3| < 4.9

3 jets production at √ = 7.0 TeV

proton nonlinear

Pb nonlinear

proton linear

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

ϕ13

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

R(ϕ13)

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

kinematic cuts :

20 GeV < pT 3 < pT 2 < pT 1

3.2 < |η1,2,3| < 4.9

3 jets production at √s = 7.0 TeV

Forward 3−jet production AvH, Kutak, Kotko 2013


angular decorrelation:

φ13 =∣

∣φhardest −φsoftest

∣

∣

nuclear modification factor:(

dσ

dφ13

)

Pb

(

dσ

dφ13

)−1

proton

Collaboration

• A. van Hameren, K. Kutak, P. Kotko

– Multi-gluon helicity amplitudes with one off-shell leg within high energy factor-

ization

JHEP 1212 (2012) 029

– Helicity amplitudes for high-energy scattering

JHEP 1301 (2013) 078

– Three jet production and gluon saturation effects in p-p and p-Pb collisions within

high-energy factorization

Phys.Rev. D88 (2013) 094001

• A. van Hameren, K. Kutak, T. Salwa

Scattering amplitudes with off-shell quarks

Phys.Lett. B727 (2013) 226-233

• A. van Hameren, M. Bury

BCFW construction of helicity amplitudes with one off-shell leg

in preparation

Collaboration


Outlook

• C++ Monte Carlo program LxJet for the calculation of up to 3 jet processes

with one off-shell initial-state gluon (P. Kotko)

• Fortran Monte Carlo for arbitrary processes with up to 2 off-shell initial-state

partons (A. van Hameren)

• Form program Ogime to calculate helicity amplitudes with an arbitrary number

of off-shell legs (P. Kotko)

• these programs are/will become public

• applied in a comparison of DPS/SPS for pp → cc cc (with R. Maciuła and

A. Szczurek)

• will be applied to calculations for various processes, eg. with vector bosons

and jets in the final state

• it will be investigated how to move to Next-To-Leading order precision

• the possibility of a BCFW construction for 2 off-shell legs will be investigated

Outlook


� �

��

��

��

��τ −−>π + π − π −�ν��

��

��

! ��∀��

��!�∀#��∃�� %�� &�� ∋(#)��

�� ∀#��⇒��%��∗��+,&��+−.��/#0��

�� 1!��2��2��

πν τ Κντ 2π ν τ 2Κν τ Κπν τ 3πν τ ΚΚπν τ Κππν τ 2πην τ 4πν τ 5 πν τ

88% ��

� �

��

3��π + π − π − ��

�� )� �� σ ��

��

��

χ��

χ��

,��π 0 π 0 π − ��

��4��5�5�π ��∀��6�� ))��

� �

�� !��

37,�,��∗−��8 �1 ��.7�7��∗9��:��.+;��∗9��:�� .

�� !� ��<��∗=3=��>�;<.��∗;��.��5 �1��∗5=, .+%��!��∗7��=3?�7��1.��∗<��.�� 8�∗=3?��;?��.��≅8�∗:�� .��&��∗=3?��9�� .

7��!��?�1��9��?�� ,��1��∗;?.

,��∗��∀��.�� !

��Α��≅8�� ∗?�1��9��.

��

� �

�� !�∀��

�� ##��

#!�� ∃��%%��&∋((��∃��&&�)∗�� (��∃��&&(

��∃�� !��∀��#

�#!�� ∗��∃�� ∀�� ∀

∃%&∋%(��)��∗+��,��−./��0��1��∗2�� 2��∋��1�� # #��3��#+�4#��#��3��0�� 5/∃��4��

�� 6��+�� 7%8�4�� ,��4��∀��/89��−./:��+��∗��1��∀��;��<<��#��#!��+∃��∃ ��∗ �� ∗��

∀��#��∃�� %��&∋�� %�� (��

)�� &��&∋��∗� ��

=��5∋��∗>#�6�� ?�1:�6�8��∗2#�6�!��!��?�1

http://tauolapp.web.cern.ch/tauolapp/

Zakład Teorii Czastek˛ NZ42 - ifj.edu.pl · prof. dr hab. Stanisław Jadach prof. dr hab Zbigniew...

Documents

Transcript of Zakład Teorii Czastek˛ NZ42 - ifj.edu.pl · prof. dr hab. Stanisław Jadach prof. dr hab Zbigniew...