Probing bilinear R-parity violating supergravity at the LHC

We study the collider phenomenology of bilinear R-parity violating supergravity, the simplest effective model for supersymmetric neutrino masses accounting for the current neutrino oscillation data. At the CERN Large Hadron Collider the center-of-mass energy will be high enough to probe directly these models through the search for the superpartners of the Standard Model (SM) particles. We analyze the impact of R-parity violation on the canonical supersymmetry searches-that is, we examine how the decay of the lightest supersymmetric particle (LSP) via bilinear R-parity violating interactions degrades the average expected missing momentum of the reactions and show how this diminishes the reach in the usual channels for supersymmetry searches. However, the R-parity violating interactions lead to an enhancement of the final states containing isolated same-sign di-leptons and trileptons, compensating the reach loss in the fully inclusive channel. We show how the searches for displaced vertices associated to LSP decay substantially increase the coverage in supergravity parameter space, giving the corresponding reaches for two reference luminosities of 10 and 100 fb(-1) and compare with those of the R-parity conserving minimal supergravity model.

Observation of the antimatter helium-4 nucleus

High-energy nuclear collisions create an energy density similar to that of the Universe microseconds after the Big Bang(1); in both cases, matter and antimatter are formed with comparable abundance. However, the relatively short-lived expansion in nuclear collisions allows antimatter to decouple quickly from matter, and avoid annihilation. Thus, a high-energy accelerator of heavy nuclei provides an efficient means of producing and studying antimatter. The antimatter helium-4 nucleus ((4)(He) over bar), also known as the anti-alpha ((alpha) over bar), consists of two antiprotons and two antineutrons (baryon number B = -4). It has not been observed previously, although the alpha-particle was identified a century ago by Rutherford and is present in cosmic radiation at the ten per cent level(2). Antimatter nuclei with B -1 have been observed only as rare products of interactions at particle accelerators, where the rate of antinucleus production in high-energy collisions decreases by a factor of about 1,000 with each additional antinucleon(3-5). Here we report the observation of (4)<(He) over bar, the heaviest observed antinucleus to date. In total, 18 (4)(He) over bar counts were detected at the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC; ref. 6) in 10(9) recorded gold-on-gold (Au+Au) collisions at centre-of-mass energies of 200 GeV and 62 GeV per nucleon-nucleon pair. The yield is consistent with expectations from thermodynamic(7) and coalescent nucleosynthesis(8) models, providing an indication of the production rate of even heavier antimatter nuclei and a benchmark for possible future observations of (4)(He) over bar in cosmic radiation.

Mass-splittings of doubly heavy baryons in QCD

We consider (for the first time) the ratios of doubly heavy baryon masses (spin 3/2 over spin 1/2 and SU(3) mass-splittings) using double ratios of sum rules (DRSR), which are more accurate than the usual simple ratios often used in the literature for getting the hadron masses. In general, our results agree and compete in precision with potential model predictions. In our approach, the alpha(s) corrections induced by the anomalous dimensions of the correlators are the main sources of the Xi(QQ)*-Xi(QQ) mass-splittings, which seem to indicate a 1/M(Q) behaviour and can only allow the electromagnetic decay Xi(QQ)* -> Xi(QQ) + gamma but not to Xi(QQ) + pi. Our results also show that the SU(3) mass-splittings are (almost) independent of the spin of the baryons and behave approximately like 1/M(Q), which could be understood from the QCD expressions of the corresponding two-point correlator. Our results can improved by including radiative corrections to the SU(3) breaking terms and can be tested, in the near future, at Tevatron and LHCb. (C) 2010 Published by Elsevier B.V.

Efeitos de alta densidade em processos Drell-Yan de altas energias

Um dos problemas teóricos mais importantes da Física de Partículas de Altas Energias é a investigação de efeitos de alta densidade na Cromodinâmica Quântica (QCD), que é a teoria que descreve as interações fortes. Tais efeitos são importantes pois determinam os observáveis em colisõesde altas energias. Em processos hadrônicos de energia suficientemente alta, espera-se a formação de sistemas densos o suficiente para que efeitos não lineares de QCD passem a ser significativos na descrição e na unitarização da seção de choque. Na descrição de processos de espalhamento de altas energias, evidências experimentais indicam que os hádrons são constituídos por partículas puntuais, as quais chamamos de pártons. Os pártons carregam uma fração x do momentum total do hádron, e são de dois tipos, quarks e glúons. Na interação entre as partículas ocorre a troca de momentum, definida como Q2. A descrição perturbativa padrão para a evolução dinâmica das distribuições de quarks q(x, Q2) e glúons g(x, Q2), pode ser dada pelas equações de evolução DGLAP, e tem obtido sucesso na descrição dos resultados experimentais para as presentes energias. Na evolução DGLAP, são considerados apenas processos de emissão, como a emissão de um glúon por um quark, o decaimento de um glúon em um par de quarks ou em um par de glúons Estes processos de emissão tendem a aumentar a densidade de pártons na região de pequeno momentum, levando a um crescimento ilimitado das distribuições partônicas para x -+ O. Assim, é esperado que o crescimento da densidade de pártons leve a interação e recombinação destas partículas, dando origem a termos não lineares nas equações de evolução. O resultado seria um processo de saturação das distribuições de pártons na região de alta energia e pequena fração de momentum. Os efeitos que dão origem à redução do crescimento das distribuições de quarks e glúons em relação a evolução linear são chamados genericamente de efeitos de sombreamento. Um dos aspectos fenomenológicosinteressantes a ser investigado no regime cinemático abordado acima é o processo Drell-Yan de alta energia, o qual consiste em processos de espalhamento pp, pA e AA com a produção de pares de léptons. Com o advento dos novos aceleradores, novos resultados experimentais estarão disponíveis na literatura relacionados com este processo. Em nosso trabalho investigamos os efeitos das correções de unitariedade em processos pp, bem como os efeitos devido a presença do meio nuclear em colisõespA e AA, nas distribuições de quarks e glúons, para a descrição da seção de choque diferencial para o processo Drell-Yan em colisõespp, pA e AA, para energias existentes nos novos aceleradores RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) e LHC (Large Ion Collider). Os efeitos de alta densidade são baseados no formalismo de Glauber-Mueller. Os resultados aqui apresentados mostram que os efeitos de alta densidade nas distribuições partônicas são importantes para altas energias, pois a descrição da seção de choque para o processo Drell-Yan, quando os efeitos de alta densidade são considerados, apresenta significativas diferenças da descrição onde não considera-se tais efeitos.

Produção de quarkonium : aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD

Neste trabalho de tese investigamos o papel de dinâmica perturbativa e não-perturbativa da Cromodinâmica Quântica, a teoria das interações fortes, em processos de produção de quarks pesados e de quarkonium-estados ligados de um par de quarks pesados. Um aspecto importante na produção de quarks pesados consiste no tratamento de ordens mais altas em QCD perturbativa, que abordamos por meio de elementos de matriz QCD em segunda ordem dominante (NLO) e através de um gerador de eventos Monte Carlo, mais útil fenomenologicamente, onde a produção perturbativa de pares Q Q e obtida utilizando elementos de matriz em ordem dominante e a aproximação de chuveiros partônicos de processos em ordens mais altas. Os processos suaves formando estados ligados de quarkonium são descritos em termos do modelo de evaporação de cor (CEM), ou alternativamente através do modelo de interações suaves de cor (SCI) e do modelo da lei das áreas generalizado (GAL). Neste trabalho, calculamos as distribuições em xF e p? para o J= e 0 em hadroprodução em alvo xo e no colisionador p p do Tevatron. Outros observáveis como a seção de choque total para J= , 0 e charme aberto tamb em são reproduzidos. Além disso, extrapolamos os modelos para descrever a produção de J= e no futuro colisionador LHC, onde as taxas de produção de J= estão at e uma ordem de magnitude acima de outra predição da literatura, o qual pode implicar em J= ser um ru do não negligenciável para estudos de violação da simetria CP no LHC. Além disso, com o objetivo de descrever as taxas de produção relativas entre os vários estados de charmonium, desenvolvemos um modelo para o mapeamento do espectro contínuo de massas do par c c produzido perturbativamente, nas ressonâncias de charmonium, onde introduzimos uma correlação entre a massa invariante do par produzido perturbativamente e a massa física do estado de charmonium. Outra abordagem importante ao estudo dos aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD na produção de quarks pesados e o formalismo de fatorização k?, o qual investigamos em processos de fotoprodução de charme e bottom, com ênfase em resultados de um modelo de saturação. Efeitos de evolução DGLAP tamb em são estudados, considerando a derivada da distribuição de glíuons. Analisamos em detalhe seções de choque totais e distribuições em pT , mostrando as regiões de validade de cada descrição. Através do estudo de vários aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD, este trabalho de tese contribui para um melhor entendimento da conexão entre essas duas dinâmicas.

Searching for doubly charged Higgs bosons at the LHC in a 3-3-1 model

Using a peculiar version of the SU(3)(L) circle times U(1)(N) electroweak model, we investigate the production of doubly charged Higgs boson at the Large Hadron Collider. Our results include branching ratio calculations for the doubly charged Higgs and for one of the neutral scalar bosons of the model. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Neutral Higgs bosons in the SU(3)(L)circle times U(1)(N) model

The SU(3)(L)circle times U(1)(N) electroweak model predicts new Higgs bosons beyond the one of the standard model. In this work we investigate the signature and production of neutral SU(3)(L)circle times U(1)(N) Higgs bosons in the e(-)e(+) Next Linear Collider and in the CERN Linear Collider . We compute the branching ratios of two of the SU(3)(L)circle times U(1)(N) neutral Higgs bosons and study the possibility to detect them and the Z' extra neutral boson of the model.

Doubly charged Higgs through photon-photon collisions in 3-3-1 models

We study the production and signatures of doubly charged Higgs bosons (DCHBs) in the process gamma gamma <-> H(--)H(++) at the e(-)e(+) International Linear Collider and CERN Linear Collider, where the intermediate photons are given by the Weizsacker-Willians and laser backscattering distributions.

Probing doubly charged Higgs bosons in e(+)e(-) colliders at the ILC and the CLIC in a 3-3-1 model

The SU(3)(L) circle times U(1)(N) electroweak model predicts new Higgs bosons beyond the one of the standard model. In this work we investigate the signature and production of doubly charged Higgs bosons in the e(+)e(-) International Linear Collider and in the CERN Linear Collider. We compute the branching ratios for the doubly charged gauge bosons of the model.

Probing bilinear R-parity violating supergravity at the LHC

We study the collider phenomenology of bilinear R-parity violating supergravity, the simplest effective model for supersymmetric neutrino masses accounting for the current neutrino oscillation data. At the CERN Large Hadron Collider the center-of-mass energy will be high enough to probe directly these models through the search for the superpartners of the Standard Model (SM) particles. We analyze the impact of R-parity violation on the canonical supersymmetry searches-that is, we examine how the decay of the lightest supersymmetric particle (LSP) via bilinear R-parity violating interactions degrades the average expected missing momentum of the reactions and show how this diminishes the reach in the usual channels for supersymmetry searches. However, the R-parity violating interactions lead to an enhancement of the final states containing isolated same-sign di-leptons and trileptons, compensating the reach loss in the fully inclusive channel. We show how the searches for displaced vertices associated to LSP decay substantially increase the coverage in supergravity parameter space, giving the corresponding reaches for two reference luminosities of 10 and 100 fb(-1) and compare with those of the R-parity conserving minimal supergravity model.

Finding the Higgs boson through supersymmetry

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Back-to-back correlations for finite expanding fireballs

Back-to-back correlations of particle-antiparticle pairs are related to the in-medium mass-modification and squeezing of the quanta involved. They are predicted to appear when hot and dense hadronic matter is formed in high energy nucleus-nucleus collisions. The survival and magnitude of the back-to-back correlations (BBC) of boson-antiboson pairs generated by in-medium mass modifications are studied here in the case of a thermalized, finite-sized, spherically symmetric expanding medium. We show that the BBC signal indeed survives the finite-time emission, as well as the expansion and flow effects, with sufficient intensity to be observed at BNL Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC).

Color evaporation description of inelastic photoproduction of J/psi at DESY HERA

The H1 Collaboration recently reported a new analysis of data on the inelastic photoproduction of J/psi mesons at DESY's HERA ep collider. We show that these new experimental results are well described by the color evaporation model for quarkonium production. Moreover, these new data require the introduction of resolved photon contributions in order to accommodate the results in the kinematic region where the fractional energy carried by the J/psi is small, demonstrating that colored perturbative c (c) over bar states contribute to the production of a color singlet.

Complementarity of eastern and western hemisphere long-baseline neutrino oscillation experiments

We present a general formalism for extracting information on the fundamental parameters associated with neutrino masses and mixings from two or more long baseline neutrino oscillation experiments. This formalism is then applied to the current most likely experiments using neutrino beams from the Japan Hadron Facility (JHF) and Fermilab's NuMI beamline. Different combinations of muon neutrino or muon anti-neutrino running are considered. The type of neutrino mass hierarchy is extracted using the effects of matter on neutrino propogation. Contrary to naive expectation, we find that both beams using neutrinos is more suitable for determining the hierarchy provided that the neutrino energy divided by baseline (E/L) for NuMI is smaller than or equal to that of JHF, whereas to determine the small mixing angle, theta(13), and the CP or T violating phase delta, one neutrino and the other anti-neutrino are most suitable. We make extensive use of bi-probability diagrams for both understanding and extracting the physics involved in such comparisons.

Measurement of the WW production cross section in p(p)over-bar collisions at root(s)over-bar=1.96 TeV

We present a measurement of the W boson pair-production cross section in p(p) over bar collisions at a center-of-mass energy of root s=1.96 TeV. The data, collected with the Run II D0 detector at Fermilab, correspond to an integrated luminosity of 224-252 pb(-1) depending on the final state (ee, e mu, or mu mu). We observe 25 candidates with a background expectation of 8.1 +/- 0.6(stat)+/- 0.6(syst)+/- 0.5(lum) events. The probability for an upward fluctuation of the background to produce the observed signal is 2.3x10(-7), equivalent to 5.2 standard deviations. The measurement yields a cross section of 13.8(-3.8)(+4.3)(stat)(-0.9)(+1.2)(syst)+/- 0.9(lum) pb, in agreement with predictions from the standard model.