Could saturation effects be visible in a future electron-ion collider?

We expect to observe parton saturation in a future electron-ion collider. In this Letter we discuss this expectation in more detail considering two different models which are in good agreement with the existing experimental data on nuclear structure functions. In particular, we study the predictions of saturation effects in electron-ion collisions at high energies, using a generalization for nuclear targets of the b-CGC model, which describes the ep HERA quite well. We estimate the total. longitudinal and charm structure functions in the dipole picture and compare them with the predictions obtained using collinear factorization and modern sets of nuclear parton distributions. Our results show that inclusive observables are not very useful in the search for saturation effects. In the small x region they are very difficult to disentangle from the predictions of the collinear approaches. This happens mainly because of the large uncertainties in the determination of the nuclear parton distribution functions. On the other hand, our results indicate that the contribution of diffractive processes to the total cross section is about 20% at large A and small Q(2), allowing for a detailed study of diffractive observables. The study of diffractive processes becomes essential to observe parton Saturation. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

QCD effective charge and the structure function F-2 at small-x

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

DIFFRACTION AND THE GLUON MASS

We recently proposed a QCD Pomeron described by the exchange of two nonperturbative gluons characterized by a dynamically generated gluon mass. It is shown here that data on elastic scattering, exclusive rho production in deep inelastic scattering, and the J/psi-nucleon total cross section can be successfully described in terms of a single gluon mass m(g) congruent-to 0.37 GeV. We observe that the total cross sections of hadrons with small radii, such as J/psi, have a marked dependence on the effective gluon mass.

Phenomenological tests for the freezing of the QCD running coupling constant

We discuss phenomenological tests for the frozen infrared behavior of the running coupling constant and gluon propagators found in some solutions of Schwinger-Dyson equations of the gluonic sector of QCD. We verify that several observables can be used in order to select the different expressions of αs found in the literature. We test the effect of the nonperturbative coupling in the τ-lepton decay rate into nonstrange hadrons, in the ρ vector meson helicity density matrix that are produced in the χc2 → ρρ decay, in the photon to pion transition form factor, and compute the cross-sections for elastic proton-proton scattering and exclusive ρ production in deep inelastic scattering. These quantities depend on the infrared behavior of the coupling constant at different levels, we discuss the reasons for this dependence and argue that the existent and future data can be used to test the approximations performed to solve the Schwinger-Dyson equations and they already seem to select one specific infrared behavior of the coupling.

Longitudinal and transverse spin asymmetries for inclusive jet production at mid-rapidity in polarized p+p collisions at root s=200 GeV

We report STAR measurements of the longitudinal double-spin asymmetry A(LL), the transverse singlespin asymmetry A(N), and the transverse double-spin asymmetries A(Sigma) and A(TT) for inclusive jet production at mid-rapidity in polarized p + p collisions at a center-of-mass energy of root s = 200 GeV. The data represent integrated luminosities of 7.6 pb(-1) with longitudinal polarization and 1.8 pb(-1) with transverse polarization, with 50%-55% beam polarization, and were recorded in 2005 and 2006. No evidence is found for the existence of statistically significant jet A(N), A(Sigma), or A(TT) at mid-rapidity. Recent model calculations indicate the A(N) results may provide new limits on the gluon Sivers distribution in the proton. The asymmetry A(LL) significantly improves the knowledge of gluon polarization in the nucleon.

Running coupling and pomeron loop effects on inclusive and diffractive DIS cross sections

Within the framework of a (1 + 1)-dimensional model which mimics high-energy QCD, we study the behavior of the cross sections for inclusive and diffractive deep inelastic gamma*h scattering cross sections. We analyze the cases of both fixed and running coupling within the mean-field approximation, in which the evolution of the scattering amplitude is described by the Balitsky-Kovchegov equation, and also through the pomeron loop equations, which include in the evolution the gluon number fluctuations. In the diffractive case, similarly to the inclusive one, suppression of the diffusive scaling, as a consequence of the inclusion of the running of the coupling, is observed.

Cross sections and double-helicity asymmetries of midrapidity inclusive charged hadrons in p plus p collisions at root s = 62.4 GeV

Unpolarized cross sections and double-helicity asymmetries of single-inclusive positive and negative charged hadrons at midrapidity from p + p collisions at root s = 62.4 GeV are presented. The PHENIX measurement of the cross sections for 1.0 < p(T) < 4.5 GeV/c are consistent with perturbative QCD calculations at next-to-leading order in the strong-coupling constant, alpha(s). Resummed pQCD calculations including terms with next-to-leading-log accuracy, yielding reduced theoretical uncertainties, also agree with the data. The double-helicity asymmetry, sensitive at leading order to the gluon polarization in a momentum-fraction range of 0.05 less than or similar to x(gluon) less than or similar to 0.2, is consistent with recent global parametrizations disfavoring large gluon polarization.

Study of reactions induced by 6He on 9Be

We present the results of experiments using a 6He beam on a 9Be target at energies 7 − 9 times the Coulomb barrier. Angular distributions of the elastic, inelastic scattering (target breakup) and the -particle production in the 6He+9Be collision have been analysed. Total reaction cross sections were obtained from the elastic scattering analyses and a considerable enhancement has been observed by comparing to stable systems.

Das COMPASS-Triggersystem zur Messung des Gluonbeitrags $Delta$G zum Protonspin

Ein wesentliches Ziel des COMPASS Experiments am CERN istdie direkte Messung der Gluonpolarisation in derinelastischen Streuung von polarisierten 160 GeV Myonen aneinem polarisierten Nukleon Target. In der inelastischenLepton-Nukleon-Streuung erlaubt der sog.Photon-Gluon-Fusions-Prozess (PGF) die Untersuchung derGluonverteilung.Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Triggersystementwickelt und aufgebaut, das gezielt PGF-Reaktionenselektiert. Das System basiert auf demkoinzidenten Nachweis der gestreuten Myonen zusammen mit denproduzierten Hadronen und generiert innerhalb 600 ns einhochselektives Triggersignal. Der Wirkungsquerschnitt derPGF wird von Ereignissen mit quasi-reellen Photonendominiert, d.h. der Myonstreuwinkel ist kein geeignetesKriterium um die gestreuten Myonen von den Strahlmyonen zutrennen, deshalb muss der Energieverlust des Myons verwendetwerden. Der sog. Energieverlusttrigger besteht aus Paarenvon Plastikszintillatorhodoskopen mit exzellenter Zeitaufloesung, die zusammen mit einer selbstentwickeltenschnellen Koinzidenzelektronik eine Koinzidenzzeit vonweniger als 3ns möglich macht. Fuer den gleichzeitigenNachweis der Hadronen wurden die beiden Hadronkalorimeterdes COMPASS--Spektrometers mit einer eigens entwickeltenElektronik versehen.

Hypersonic elastic excitations in soft mesoscopic structures

This dissertation is devoted to the experimental exploration of the propagation of elastic waves in soft mesoscopic structures with submicrometer dimensions. A strong motivation of this work is the large technological relevance and the fundamental importance of the subject. Elastic waves are accompanied by time-dependent fluctuations of local stress and strain fields in the medium. As such, the propagation phase velocities are intimately related to the elastic moduli. Knowledge of the elastic wave propagation directly provides information about the mechanical properties of the probed mesoscopic structures, which are not readily accessible experimentally. On the other hand, elastic waves, when propagating in an inhomogeneous medium with spatial inhomogeneities comparable to their wavelength, exhibit rather rich behavior, including the appearance of novel physical phenomena, such as phononic bandgap formation. So far, the experimental work has been restricted to macroscopic structures, which limit wave propagation below the KHz range. It was anticipated that an experimental approach capable of probing the interplay of the wave propagation with the controlled mesoscopic structures would contribute to deeper insights into the fundamental problem of elastic wave propagation in inhomogeneous systems. The mesoscopic nature of the structures to be studied precludes the use of traditional methods, such as sound transmission, for the study of elastic wave propagation. In this work, an optical method utilizing the inelastic scattering of photons by GHz frequency thermally excited elastic waves, known as Brillouin light scattering spectroscopy (BLS), was employed. Two important classes of soft structures were investigated: thin films and colloidal crystals. For the former, the main interest was the effect of the one-dimensional (1D) confinement on the wave propagation due to the presence of the free-surface or interface of the layer and the utilization of these waves to extract relevant material parameters. For the second system, the primary interest was the interaction of the elastic wave and the strong scattering medium with local resonance units in a three-dimensional (3D) periodic arrangement.

Magnetic tunneling junctions with the Heusler compound Co 2 Cr 0.6 Fe 0.4 Al

Materialen mit sehr hoher Spinpolarisation werden für Anwendungen im Bereich der Spin-Elektronik benötigt. Deshalb werden große Forschungsanstrengungen zur Untersuchung der Eigenschaften von Verbindungen mit potentiell halbmetallischem Charakter, d. h.mit 100% Spinpolarisation, unternommen. In halbmetallischen Verbindungen, erwartet man eine Lücke in der Zustandsdichte an der Fermi Energie für Ladungsträger einer Spinrichtung, wahrend die Ladungsträger mit der anderen Spinrichtung sich metallisch verhalten. Eine Konsequenz davon ist, dass ein Strom, der durch solche Verbindung fließt, voll spinpolarisiert ist. Die hohe Curie-Temperatur Tc (800 K) und der theoretisch vorhergesagte halbmetallische Charakter machen Co2Cr0.6Fe0.4Al (CCFA) zu einem guten Kandidaten für Spintronik-Anwendungen wie magnetische Tunnelkontakte (MTJs = Magnetic Tunneling Junctions). In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von dünnen CCFA Schichten dargestellt. Diese Schichten wurden in MTJs integriert und der Tunnel-Magnetowiderstands-Effekt untersucht. Hauptziele waren die Messung der Spinpolarisation und Untersuchungen der elektronischen Struktur von CCFA. Der Einfluss verschiedener Depositionsparameter auf die Eigenschaften der Schichten, speziell auf der Oberflächenordnung und damit letztlich auf den Tunnel-Magnetowiderstand (TMR), wurde bestimmt. Epitaktische d¨unne CCFA Schichten mit zwei verschiedenen Wachstumsrichtungen wurden auf verschiedene Substrate und Pufferschichten deponiert. Ein Temperverfahren wurde eingesetzt um die strukturelle Eigenschaften der dünnen Schichten zu verbessern. Für die MTJs wurde Al2O3 als Barrierenmaterial verwendet und Co als Gegenelektrode gewählt. Die Mehrschicht-Systeme wurden in Mesa-Geometrie mit lithographischen Methoden strukturiert. Eine maximal Jullière Spinpolarisation von 54% wurde an Tunnelkontakte mit epitaktischen CCFA Schichten gemessen. Ein starker Einfluss der Tempernbedingungen auf dem TMR wurde festgestellt. Eine Erhörung des TMR wurde mit einer Verbesserung der Oberflächenordung der CCFA Schichten korreliert. Spektroskopische Messungen wurden an den MTJs durchgeführt. Diesen Messungen liefern Hinweise auf inelastische Elektron-Magnon und Elektron-Phonon Stossprozesse an den Grenzflächen. Einige der beobachteten Strukturen konnten mit der berechneten elektronischen Struktur von CCFA korreliert worden.

Die Messung der Gluonpolarisation durch die Produktion von Hadronpaaren mit großen Transversalimpulsen in tiefinelastischer Myonstreuung am Nukleon

Am COMPASS-Experiment am CERN-SPS wird die Spinsstruktur des Nukleons mit Hilfe der Streuung von polarisierten Myonen an polarisierten Nukleonen untersucht. Der in der inklusiven tiefinelastischen Streuung gemessene Beitrag der Quarks zum Nukleonspin reicht nicht aus, um den Spin des Nukleons zu erklären. Daher soll geklärt werden, wie die Gluonpolarisation und die Bahndrehimpulse von Quarks und Gluonen zum Gesamtspin des Nukleons beitragen. Da sich die Gluonpolarisation aus der $Q^{2}$-Abhängigkeit der Asymmetrien in der inklusiven Streuung nur abschätzen lässt, wird eine direkte Messung der Gluonpolarisation benötigt. Die COMPASS-Kollaboration bestimmt daher die Wirkungsquerschnittsasymmetrien für Photon-Gluon-Fusionprozesse, indem sie zum einen die offene Charmproduktion und zum anderen die Produktion von Hadronpaaren mit großen Transversalimpulsen verwendet. In dieser Arbeit wird die Messung der Gluonpolarisation mit den COMPASS-Daten der Jahre 2003 und 2004 vorgestellt. Für die Analyse werden die Ereignisse mit großem Impulsübertrag ($Q^{2}>1$ $GeV^{2}/c^{2}$) und mit Hadronpaaren mit großem Transversalimpuls ($p_{perp}>0.7$ $GeV/c$) verwendet. Die Photon-Nukleon-Asymmetrie wurde aus dem gewichteten Doppelverhältnis der selektierten Ereignisse bestimmt. Der Schnitt auf $p_{perp}>0.7$rn$GeV/c$ unterdrückt die Prozesse führender Ordnung und QCD-Compton Prozesse, so dass die Asymmetrie direkt mit der Gluonpolarisation über die Analysierstärke verknüpft ist. Der gemessene Wert ist sehr klein und verträglich mit einer verschwindenden Gluonpolarisation. Zur Vermeidung von falschen Asymmetrien aufgrund der Änderung der Detektorakzeptanz wurden Doppelverhältnisse untersucht, bei denen sich der Wirkungsquerschnitt aufhebt und nur die Detektorasymmetrien übrig bleiben. Es konnte gezeigt werden, dass das COMPASS-Spektrometer keine signifikante Zeitabhängigkeit aufweist. Für die Berechnung der Analysierstärke wurden Monte Carlo Ereignisse mit Hilfe des LEPTO-Generators und des COMGeant Software Paketes erzeugt. Dabei ist eine gute Beschreibung der Daten durch das Monte Carlo sehr wichtig. Dafür wurden zur Verbesserung der Beschreibung JETSET Parameter optimiert. Es ergab sich ein Wert von rn$frac{Delta G}{G}=0.054pm0.145_{(stat)}pm0.131_{(sys)}pm0.04_{(MC)}$ bei einem mittleren Impulsbruchteil von $langle x_{gluon}rangle=0.1$ und $langle Q^{2}rangle=1.9$ $GeV^{2}/c^{2}$. Dieses Ergebnis deutet auf eine sehr kleine Gluonpolarisation hin und steht im Einklang mit den Ergebnissen anderer Methoden, wie offene Charmproduktion und mit den Ergebnissen, die am doppelt polarisierten RHIC Collider am BNL erzielt wurden.

Factors controlling the competition among rotational and vibrational energy transfer channels in glyoxal

The state-to-state transfer of rotational and vibrational energy has been studied for S1 glyoxal (CHOCHO) in collisions with D2, N2, CO and C2H4 using crossed molecular beams. A laser is used to pump glyoxal seeded in He to its S1 zero point level with zero angular momentum about its top axis (K′ = 0). The inelastic scattering to each of at least 26 S1 glyoxal rotational and rovibrational levels is monitored by dispersed S1–S0 fluorescence. Various collision partners are chosen to investigate the relative influences of reduced mass and the collision pair interaction potential on the competition among the energy transfer channels. When the data are combined with that obtained previously from other collision partners whose masses range from 2 to 84 amu, it is seen that the channel competition is controlled primarily by the kinematics of the collisional interaction. Variations in the intermolecular potential play strictly a secondary role.

Effective nonlinear model of resonant tunneling nanostructures

We introduce a model of a nonlinear double-barrier structure to describe in a simple way the effects of electron-electron scattering while remaining analytically tractable. The model is based on a generalized effective-mass equation where a nonlinear local field interaction is introduced to account for those inelastic scattering phenomena. Resonance peaks seen in the transmission coefficient spectra for the linear case appear shifted to higher energies depending on the magnitude of the nonlinear coupling. Our results are in good agreement with self-consistent solutions of the Schrodinger and Poisson equations. The calculation procedure is seen to be very fast, which makes our technique a good candidate for a rapid approximate analysis of these structures.

Scientific report : RF Project 464 /

1. The determination and interpretation of electronic collision cross sections -- 2. An electron spectrometer for the study of inelastic collision cross sections -- 3. The inelastic scattering of electrons by helium -- 4. Inelastic collision cross sections of carbon monoxide -- 5. An electron impact study of nitrogen in the kinetic energy range 400 to 600 volts -- 6. Electronic collision cross sections and oscillator strengths for oxygen in the Schumann-Runge region -- 7. Electronic collision cross sections for oxygen at excitation energies above 10 volts -- 8. Electronic collsion cross sections for nitrogen at excitation energies from 10 to 80 electron volts -- 9. Additional collision cross sections for helium, especially in the ionized continuum -- 10. A collision cross section study of CO₂, with a theoretical study of two transitions -- 11. Further developments in the theory and use of the electron spectrometer -- 12. Electronic collision cross sections of water vapor.