Generalized parton distributions of the pionmodeling, evolution and observable implications

Resumen

Pese a la ingente cantidad de resultados derivados del Modelo Estándar de la física de partículas aún existe una gran cantidad de fenómenos que no llegamos a entender completamente. Un ejemplo es el del confinamiento. Un paso esencial para su comprensión es la descripción de la estructura hadrónica. Esta es precisamente la temática de esta tesis, donde se estudia la estructura de piones mediante el formalismo de las distribuciones generalizadas de partones (GPDs, por sus siglas en inglés). Como mesones, los piones deberían ser más sencillos de describir que otros hadrones como el protón. Más aún, debido a su naturaleza dual como estados ligados pero también como bosones Goldstone asociados a la rotura dinámica de simetría quiral, los piones son una pieza fundamental para comprender el origen de la masa en sistemas físicos. Por todo esto esta tesis aborda la descripción de la estructura piónica a primeros principios y evalúa sus manifestaciones en experimentos. El trabajo está dividido en dos partes. Empezando por abordar el problema de la descripción de la estructura hadrónica desde una perspectiva general, el primer capítulo revisa los procesos de scattering Compton en este sentido. Así, la identificación del límite de dispersión profundamente virtual permite la introducción de las GPDs como objectos fundamentales para la descripción de scattering Compton profundamente virtual (DVCS, en inglés). El segundo capítulo se dedica entonces a un análisis detallado de estas, empezando por su definición, propiedades y una discusión detallada sobre toda la información que codifican sobre la estructura hadrónica. En este proceso se encuentra que las llamadas propiedades de "polinomialidad" y "positividad" juegan un papel central en la construcción de modelos de GPDs realistas, y es por tanto satisfacerlas en todo caso. En este sentido es importante destacar que las estrategias convencionales para el cálculo de GPDs no consiguen este objetivo. Con ello, el tercer capítulo de la tesis aborda el problema de construir modelos de GPDs para piones que satisfagan, por construcción, ambas propiedades. Siguiendo una estrategia basada en el método de las ecuaciones de Dyson-Schwinger para la descripción de estados ligados, se encuentra que la hipótesis de desacoplo entre los grados de libertad longitudinales y transversales de la dinámica partónica está íntimamente relacionada con la restauración de la simetría quiral. Explotando dicha hipótesis derivamos una nueva familia de GPDs en la región DGLAP que satisfacen la condición de positividad y para cuya construcción únicamente es necesario el conocimiento de las llamadas funciones de distribución de partones. Partiendo de ese resultado, la estrategia de extensión covariante permite obtener la correspondiente región ERBL, obteniendo por primera vez modelos de GPDs que satisfacen al mismo tiempo y por construcción las condiciones de positividad y polinomialidad. Con el fin de arrojar luz a nuestro entendimiento sobre la estructura de los piones, así como la contrastación de este estudio, la segunda parte del trabajo parte de los mencionados modelos y evalúa sus manifestaciones en los resultados obtenidos en futuros experimentos. Para ello, el capítulo cuatro se encarga de describir la necesaria evolución de GPDs con la escala de renormalización; implementando una estrategia efectiva capaz de abarcar efectos puramente no perturbativos de la interacción fuerte. Los resultados ponen de manifiesto el importante papel del contenido gluónico en la construcción de la estructura de piones. Finalmente, el quinto capítulo describe el cálculo de número de eventos y asimetrías en futuros aceleradores electrón-ion, mostrando que efectivamente estas instalaciones deberían ser capaces de medir DVCS en piones e identificando la inversión en las correspondientes asimetrías como una clara señal experimental capaz de delimitar el régimen en el que los gluones constituyen la parte dominante en la estructura piónica.