Resumen de Violación de paridad en dispersión elástica y cuasielástica de electrones por nucleones y núcleos
Los nucleones no son partículas puntuales, están constituidos por quarks que interaccionan entre sí mediante el intercambio de gluones. Los gluones pueden convertirse en pares quark-antiquark dando lugar al denominado mar de quarks. La Cromodinámica Cuántica (QCD) es la teoría fundamental que describe la interacción fuerte; sin embargo, debido a la complejidad de la dinámica quark-gluon, QCD no permite la obtención de resultados analíticos en la región de interés para la Física Nuclear a bajo cuadrimomento transferido, Q2. Alternativamente, la dinámica interna de los quarks dentro del nucleón puede ser descrita en términos de varias funciones fenomenológicas (factores de forma) que dependen de una única variable escalar: Q2. Los factores de forma están relacionados con las distribuciones de carga eléctrica, magnética, axial y axial-vector en el nucleón. El estudio y determinación de estos factores de forma del nucleón puede proporcionar limitaciones para los modelos microscópicos que pretenden describir la estructura del nucleón desde la QCD. Además, los factores de forma son un ingrediente fundamental en la descripción de las secciones eficaces leptón-núcleo/nucleón.
Uno de los principales objetivos de esta Tesis es mejorar el conocimiento actual sobre la estructura del nucleón a través del estudio de los factores de forma. Como herramientas, hemos analizado los procesos de dispersión elástica electrón-nucleón y cuasielástica electrón-núcleo. Estas reacciones proporcionan información sobre los factores de forma electromagnéticos (EM) y los de la corriente débil neutra (WNC).
Los factores de forma EM del nucleón han sido ampliamente estudiados en las décadas pasadas. En esta Tesis hemos recopilado los modelos microscópicos y fenomenológicos más recientes los cuales describen el comportamiento dinámico (dependencia con Q2) de los factores de forma EM. Las predicciones teóricas se han comparado con la mayor parte de los datos experimentales disponibles hasta la fecha. A partir de nuestro análisis concluimos que los factores de forma EM están razonablemente bien descritos.
A pesar de que la interacción electromagnética es dominante en las reacciones electrónnucleón/ núcleo, es decir, procesos en los cuales se conserva la paridad, el electrón también es sensible a la interacción débil neutra, la cual no conserva la paridad. Debido a la intensidad de la interacción débil (varios órdenes de magnitud menor que la electromagnética) para obtener información sobre los factores de forma WNC (asociados a la corriente débil neutra) es esencial analizar observables cuya presencia sea debida de manera inequívoca a procesos que violan la paridad. Así, hemos estudiado el observable llamado asimetría de violación de paridad (APV) definido como APV = (?+ - ?-)/( ?+ + ?-) donde ?+/- representa la sección eficaz diferencial (electrón protón o electrón-núcleo) con helicidad del electrón incidente positiva/negativa, respectivamente. El numerador en la asimetría PV es distinto de cero debido a la contribución de las respuestas de interferencia EM-WNC mientras que el denominador es completamente dominado por las respuestas EM.
La asimetría PV asociada al proceso de dispersión elástica electrón-protón, la denominaremos asimetría PVep, es particularmente sensible a las contribuciones de extrañeza eléctrica y magnética. En esta Tesis hemos estudiado los diferentes ingredientes que forman la asimetría PVep: factores de forma EM, constantes de acoplamiento efectivas de la interacción débil neutra y la dependencia dinámica de los factores de forma WNC. Se ha presentado un análisis estadístico de todos los datos experimentales de la asimetría PVep. Nuestro análisis nos ha permitido extraer la estimación compatible con los datos más precisa hasta la fecha de los factores de forma vector extraños.
Además, presentamos un estudio general de la asimetría PV asociada al proceso de dispersión cuasielástico electrón-núcleo (la llamaremos asimetría PVQE). En este caso, es esencial tener bajo control la dinámica y estructura nuclear antes de extraer información sobre la estructura nucleónica. Para describir el proceso de dispersión cuasielástica electrón-núcleo con violación de paridad hemos empleado diversos modelos basados en la aproximación de impulso (IA). Hemos calculado la asimetría PVQE y hemos evaluado la sensibilidad de este observable frente a los efectos de la interacción de estados finales, la descripción del vértice nuclear (efectos off-shell y ambigüedades gauge), la contribución de procesos más allá de la IA (corrientes de intercambio de mesones), así como los efectos debidos a la descripción de los factores de forma WNC del nucleón. A partir de nuestro análisis hemos concluido que la asimetría PVQE es un excelente observable para obtener información nucleónica sobre el sector axial-vector de la corriente débil neutra. Específicamente, medidas de la asimetría PVQE para ángulos de dispersión hacia atrás proporcionaría información sobre las correcciones radiativas involucradas en el sector isovector axial-vector de la corriente. Finalmente, hemos encontrado que las respuestas de interferencia EM-WNC cumplen razonablemente bien el fenómeno de scaling.
