Una nuova luce sulle interazioni forti

Le collisioni di adroni alle alte energie elevate forniscono un’ampia gamma di informazioni nel campo della fisica nucleare e delle particelle. Oltre a gettare nuova luce sulle strutture interne dei nuclei e dei nucleoni, questo consente di studiare le interazioni forti tra quark e gluoni. La teoria di campo che descrive le interazioni di tali particelle elementari, che costituiscono adroni come protoni, neutroni e pioni, è la cromodinamica quantistica (QCD). Le collisioni di adroni alle alte energie rappresentano inoltre strumenti preziosissimi nella ricerca della fisica delle particelle oltre il modello standard.

L’obiettivo principale del progetto RESUQCD (“Resummation of higher orders in QCD perturbation theory”), finanziato dall’UE, è stato quello di sviluppare ulteriormente le tecniche di somma QCD di tutti gli ordini per elementi osservabili specifici, fornendo così previsioni teoriche all’avanguardia. In particolare, RESUQCD ha studiato la somma delle correzioni logaritmiche delle sezioni trasversali dello scattering nella QCD perturbativa.

Si prevede che i risultati del progetto porteranno a un migliore controllo delle previsioni teoriche per numerose sezioni trasversali nella fisica delle alte energie, da esperimenti a obiettivi fissi a collisori ad alta energia. Il lavoro portato avanti dal progetto si rivelerà importante per gli esperimenti in corso nel campo della fisica delle alte energie e delle particelle in tutto il mondo, come COMPASS (Ginevra, Svizzera), HERMES (Amburgo, Germania) e RHIC (Brookhaven, USA). L’obiettivo principale di tali progetti è fornire nuove informazioni sulla struttura interna del nucleone. Questo obiettivo può essere raggiunto solo confrontando i dati con le previsioni teoriche riguardanti la cinematica relativa a ciascun esperimento.

In COMPASS e HERMES, gli scienziati utilizzano asimmetrie di spin nel processo di fusione del fotone-gluone per esplorare la distribuzione dei gluoni dipendente dallo spin nel nucleo. In entrambi gli esperimenti con obiettivo fisso, gli effetti soglia della somma QCD sono significativi. RESUQCD ha derivato la somma dei logaritmi soglia in tutti gli ordini per il processo di foto produzione gamma con elevato moto trasversale.

RESUQCD ha studiato diverse reazioni QCD pure, focalizzandosi principalmente sulla loro fenomenologia. In particolare, gli scienziati hanno studiato la produzione di jet presso il Large Hadron Collider (LHC), in cui i calcoli di somma possono essere utilizzati per prevedere le dimensioni di termini di ordine elevato nella serie perturbativa. Altri risultati includono l’analisi delle distribuzioni dei partoni di elicità e la determinazione delle dipendenze angolari di diverse distribuzioni di moto trasversale nel LHC, che forniscono informazioni uniche sulle dinamiche del gluone.

Gli studi sulle somme di RESUQCD hanno fornito nuove informazioni sulla struttura perturbativa QCD a ordini elevati, migliorando così la comprensione delle interazioni forti.