Pion photo- and electroproduction on nucleons in relativistic chiral perturbation theory
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Publication date
2022
Reading date
26-01-2023
Authors
Advisors
Vicente Vacas, Manuel José
Álvarez Ruso, Luis
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Abstract
En esta tesis, hemos estudiado la producción de piones mediante pruebas electromagnéticas en
nucleones. Para cada uno de los estudios realizados aquí, nos enfocamos en la Teoría Quiral de Perturbaciones (ChPT) relativista para hadrones ligeros: nucleones, piones y los grados de libertad explícitos Delta. Para preservar la covariancia de la teoría, se implementó el método de renormalización en el esquema Extended On Mass Shell (EOMS). En este caso, las divergencias y los términos que violan el conteo de potencias se absorben en las constantes de baja energía (LECs) del Lagrangiano efectivo.
El presente trabajo se desarrolló dentro de tres estudios principales relacionados con la producción de piones a través de diferentes procesos. En detalle, se estudió la fotoproducción de piones en nucleones, donde se trataron los cuatro canales de carga físicos y sus observables. De manera análoga, se investigó una extensión a fotones virtuales con la electroproducción de piones en nucleones. Por último, se estudió la fotoproducción de piones en el núcleo Carbono-12 como una aplicación de nuestros resultados de los procesos elementales (en nucleones).
Nuestro objetivo era hacer un análisis global de los procesos elementales y determinar los valores de las LECs relevantes en el Lagrangiano de ChPT. Hemos comparado nuestras estimaciones teóricas con los observables correspondientes medidos para energías del centro de masa de hasta 60 MeV por encima del umbral. En este contexto, se ha implementado el procedimiento de ajuste de las LECs y se presenta el mejor ajuste numérico para dos modelos diferentes: uno con la contribución del grado de libertad Delta(1232) y el segundo para el caso sin Delta.
La investigación exhaustiva de todos los canales de producción electromagnética de piones, incluyendo todos los observables disponibles, ha permitido desacoplar todas las LEC relevantes de tercer orden involucradas, y que aparecieron correlacionados en el caso de la fotoproducción.
Hemos confirmado la importancia de los términos de loops y la inclusión del mecanismo de rompimiento de isospín en ellos. La inclusión del mecanismo Delta en cálculos dentro de ChPT a O(p^3) es mejor que la extensión a cálculos de orden más altos que no incluyen la resonancia Delta. Sin Delta, nuestro modelo solo puede reproducir datos a unos pocos MeV por encima del umbral.
Con el modelo abordado en este trabajo, sólo 5 parámetros de ajuste (LECs) fueron suficientes para describir bien todos los datos experimentales, consistiendo de aproximadamente 2700 puntos, para la dependencia angular y energética en las secciones eficaces y numerosos observables de polarización.
Los resultados del cálculo en la ChPT covariante a tercer orden y con la inclusión explícita de la Delta reproducen los datos de las secciones eficaces y las asimetrías de polarización de alta precisión de manera sorprendente. Por otro lado, el cálculo sin Delta realizado dentro del mismo enfoque demuestra una peor descripción de los datos.