Badania funkcji struktury fotonu w obszarze energii przyszłego liniowego zderzacza ILC/CLIC

Abstract

W niniejszej rozprawie przedstawiono wyniki badań poświęconych możliwości pomiaru hadronowej funkcji struktury fotonu w nowym niezbadanym zakresie energii, jaki oferuje przyszły liniowy zderzacz ILC lub CLIC. Projekty obu zderzaczy są wciąż rozwijane i czekają na ostateczną decyzję odnośnie tego, który z nich zostanie skierowany do realizacji. Badania przeprowadzono w oparciu o przypadki DIS, rozproszeń głęboko nieelastycznych elektronów na prawie rzeczywistych fotonach, generowanych przy użyciu programów PYTHIA 6.4.28, HERWIG 6.5.21 i TWOGAM 2.04. W kolejnych krokach rozwoju analizy generowane przypadki poddane zostały symulacji odpowiedzi detektorów na przechodzące przez nie cząstki oraz rekonstrukcji. Dla tego celu wykorzystano pakiet globalnego oprogramowania ILCSoft napisany specjalnie dla zderzaczy liniowych. Badania hadronowej funkcji struktury F2γ prowadzono zarówno na poziomie generatora jak i dla wielkości zrekonstruowanych. Przeprowadzona analiza wymagała informacji o rozproszonych elektronach, którą dostarczyły zaprojektowane dla zderzacza ILC/CLIC detektory BeamCal i LumiCal, pracujące w obszarze małych kątów biegunowych w zakresie 5 – 110 mrad. Większe kąty rozproszonych elektronów mierzono w kalorymetrze ECAL Endcap. Wyznaczone wartości hadronowej funkcji struktury fotonu porównano z przewidywaniami bazującymi na teoretycznych parametryzacjach funkcji struktury. Zaobserwowano jakościowe podobieństwo z rozkładami teoretycznymi. W szeregu przypadków, w zależności od programu użytego do ich generacji, wyznaczone wartości funkcji F2γ wykazywały szybszy wzrost dla dużych wartości zmiennej x. Badania ewolucji funkcji struktury fotonu potwierdzają logarytmiczną zależność od wirtualności fotonu Q2, co jest zgodne z przewidywaniami QCD.

In this work the results of study on the possibilities of measuring the hadronic photon structure function in the new unexplored energy range offered by the future linear ILC or CLIC collider are presented. The projects of both colliders are being further developed and are waiting for the final decision on which of them will be intended for realization. The research was performed on the basis of DIS, deep inelastic electron scattering on quasi-real photons events, generated using the PYTHIA 6.4.28, HERWIG 6.5.21 and TWOGAM 2.04 programs. In the next stages of the analysis, the generated events were subjected to the simulation of the detector responses to passing particles and to reconstruction. For this purpose, packages of global ILCSoft software written specifically for linear colliders were used. The study of the hadronic photon structure function F2γ was carried out both at the level of the generator and for the reconstructed quantities. The analysis required information about scattered electrons, which was provided by detectors designed for the ILC/CLIC collider: BeamCal and LumiCal operating in the area of small polar angles in the range of 5 – 110 mrad. Larger angles of scattered electrons were measured in the ECAL Endcap calorimeter. The determined values of the hadronic photon structure function were compared with predictions based on theoretical parameterizations of the photon structure function. A qualitative similarity with theoretical distributions was observed. In a number of cases, depending on the programs used to generate the DIS events, the determined values of F2γ showed their faster increase for the large values of the variable x. The study of the evolution of the determined functions confirms the logarithmic dependence on the photon's virtuality Q2, which is in line with QCD predictions.