Production de quarkonium induite par des gluons dans la factorisation TMD: applications au LHC et EIC

Gluon-induced quarkonium production in transverse-momentum-dependent factorisation: applications to the LHC and EIC

• Auteur / Autrice : Jelle Bor
• Direction : Jean-Philippe Lansberg, Daniël Boer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique nucléaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université de Groningen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Qcd

Quarkonium

TMD factorisation

Résumé

La production de quarkonium est considérée comme l'outil principal pour sonder les TMDs de gluons inconnus au LHC actuel mais aussi au prochain EIC. Nous avons donc analysé les sections efficaces différentielles de la production de quarkonium (-paire) dans les collisions proton-proton, ainsi que la production de quarkonium dans les collisions électron-proton, pour lesquelles on s'attend à une factorisation TMD. En particulier, en traitant toutes les particules entrantes comme non polarisées, nous avons pu étudier à la fois les TMDs de gluons non polarisés et linéairement polarisés. De plus, nous avons étudié ces TMD en examinant les modulations azimutales qui peuvent survenir dans ces processus en raison de la présence de gluons linéairement polarisés dans des protons non polarisés. En particulier, nous avons étudié les convolutions des fonctions TMD dans ces réactions en utilisant le formalisme de l'évolution des TMD, plutôt que de nous appuyer sur des modèles. En effet, leurs grandes queues perturbatives de moment transverse sont liées à des fonctions connues, à savoir les PDF nonperturbatives issues de la factorisation colinéaire et les LDME nonperturbatives issues de la factorisation NRQCD pour la production de quarkonium. Par conséquent, seules les contributions TMD nonperturbatives inconnues, incorporées dans le facteur de Sudakov nonperturbatif, ont dû être paramétrées. Afin d'étudier l'évolution de la TMD, nous nous sommes concentrés sur les processus à échelle dure variable, c'est-à-dire l'hadroproduction de paires de quarkonium et l'électroproduction de quarkonium. En particulier, nous considérons principalement la production de $J/psi$, car ce quarkonium est relativement simple.

Quarkonium production is considered as a main tool for probing the unknown gluon TMDs at the current LHC but also at the upcoming EIC. Therefore, we analysed the differential cross sections of quarkonium (-pair) production in proton-proton collisions, as well as quarkonium production in electron-proton collision, for which TMD factorisation is expected to hold. Specifically, by treating all incoming particles as unpolarised, we were able to study both the unpolarised and linearly polarised gluon TMDs. Moreover, we investigated these TMDs by examining the azimuthal modulations that can arise in these processes due to the presence of linearly polarised gluons within unpolarised protons. In particular, we studied the convolutions of TMD functions in these reactions by employing the TMD-evolution formalism, as opposed to relying on models. This is because their large transverse-momentum perturbative tails are related to known functions, namely the nonperturbative PDFs from collinear factorisation and the nonperturbative LDMEs from NRQCD factorisation for quarkonium production. As a result, only the unknown nonperturbative TMD contributions, incorporated in the nonperturbative Sudakov factor, needed to be parametrised. In order to study TMD evolution, we concentrated on processes with a variable hard scale, i.e. quarkonium-pair hadroproduction and quarkonium electroproduction. In particular, we consider mainly $J/psi$ production, as this quarkonium is relatively straightforward to detect in collider experiments.