Photon induced processes for LHC and EIC energies

Abstract

Niniejsza rozprawa bada procesy indukowane fotonami w akceleratorach LHC i EIC, skupiając się na produkcji par naładowanych leptonów oraz dijetów dyfrakcyjnych. Przeanalizowano produkcję mionów i elektronów w zderzeniach proton-proton, wyjaśniając niewielką liczbę leptonów w obszarach małych rapidity i dużych mas niezmienniczych (300-1000 GeV). W pracy uwzględniono różne funkcje struktury fotonów w protonie, porównując je z danymi eksperymentalnymi. Procesy te sformułowano w ramach faktoryzacji poprzecznej. Analiza obejmowała też efekty przeżycia przerwy w rapidity, wykluczając mechanizmy dyfrakcyjne. Zbadano także procesy produkcji jetów w zderzeniach proton-jądro oraz elektron-proton, porównano sześć modeli funkcji rozkładu gluonów, stosując podwójną transformację Fouriera-Bessela. Uwidoczniło to niedoskonałości modeli i potrzebę ich dalszej poprawy. Zbadano także korelacje w kącie azymutalnym, związane z eliptycznymi rozkładami gluonów i cięciami kinematycznymi. Wnioski wskazują na potrzebę dalszych badań nad strukturą hadronów, szczególnie w kontekście wymiany pomeronu.

This dissertation explores photon-induced processes at LHC and EIC energies, focusing on charged lepton pair production via two-photon exchange and diffraction dijet production in electron-proton collisions. The lepton production process is analyzed in proton-proton collisions, explaining the low number of leptons in small rapidity regions and large invariant masses (300-1000 GeV), referencing experimental data. Various photon structure functions were examined, including the first comparison of the Kulagin-Barinov model with experimental data. The process amplitudes were formulated using the transverse factorization approach with light-cone wave functions, accounting for rapidity gap survival effects to exclude diffraction mechanisms. The dissertation also analyzes jet production in proton-nucleus and electron-proton collisions. Six models of unintegrated parton distribution functions were compared, with four undergoing a double Fourier-Bessel transform to examine quark transverse momentum space, revealing model imperfections. Azimuthal angle correlations were linked to elliptical unintegrated gluon distributions and kinematic cuts. The conclusions highlight the need for further research on hadron structure, especially regarding pomeron exchange.