Contributions à l'étude de la chromodynamique quantique perturbative appliquée à la diffusion profondément inélastique à petit x
Résumé
The proton is a composite object, consisting of a collection of partons, quarks and gluons, which interact according to the laws of Quantum Chromodynamics (QCD). In this work, we consider a Hamiltonian formulation of this theory in a light-cone frame.
In this context, we derive the parton evolution equations in transverse momentum (DGLAP equation) as well as in longitudinal momentum (BFKL equation) on the same footing. The latter is obtained as the colour-dipole model. We traduce in this Hamiltonian formalism the complete set of calculations that are needed to present our personal contributions, which mainly consist in new developments and applications of the colour-dipole model.
The latter is successfully fitted to the HERA data for the inclusive structure functions, which are related to the electron-proton cross-sections. The contribution of the production of charmed particules is predicted, and exhibits a fair agreement with the experimental data. On the other hand, we show the phenomenological relevance of some subleading components of the BFKL equation (classified according to their conformal spin), which appear as solutions of the evolution equations: we compare their effect to the one of Donnachie and Landshoff's soft Pomeron.
Studying some particular observables, we show the equivalence between the Hamiltonian formulation of QCD and a covariant formulation. We apply it to the derivation of the effective primordial dipole density at the origin of a forward jet which sometimes appears in the final state of either a deep-inelastic scattering process or a proton diffusion.
Finally, hard diffraction is studied in the BFKL approach. On the phenomenological side, we compare the HERA experimental data to the dipole model. On the theoretical side, we compute the higher-conformal spin components of the BFKL equation for diffractive photon production.
In this context, we derive the parton evolution equations in transverse momentum (DGLAP equation) as well as in longitudinal momentum (BFKL equation) on the same footing. The latter is obtained as the colour-dipole model. We traduce in this Hamiltonian formalism the complete set of calculations that are needed to present our personal contributions, which mainly consist in new developments and applications of the colour-dipole model.
The latter is successfully fitted to the HERA data for the inclusive structure functions, which are related to the electron-proton cross-sections. The contribution of the production of charmed particules is predicted, and exhibits a fair agreement with the experimental data. On the other hand, we show the phenomenological relevance of some subleading components of the BFKL equation (classified according to their conformal spin), which appear as solutions of the evolution equations: we compare their effect to the one of Donnachie and Landshoff's soft Pomeron.
Studying some particular observables, we show the equivalence between the Hamiltonian formulation of QCD and a covariant formulation. We apply it to the derivation of the effective primordial dipole density at the origin of a forward jet which sometimes appears in the final state of either a deep-inelastic scattering process or a proton diffusion.
Finally, hard diffraction is studied in the BFKL approach. On the phenomenological side, we compare the HERA experimental data to the dipole model. On the theoretical side, we compute the higher-conformal spin components of the BFKL equation for diffractive photon production.
Le proton est un objet composite, constitué d'une collection de partons, quarks et gluons, qui interagissent selon les lois de la chromodynamique quantique (QCD). Dans cette thèse, on expose une formulation hamiltonienne de cette théorie dans le repère du cône de lumière.
On retrouve dans ce cadre les équations d'évolution des partons en impulsion transverse (équation DGLAP), et longitudinale (équation BFKL). Cette dernière se présente ici sous la forme du modèle des dipôles de couleur. On transpose dans ce formalisme l'ensemble des calculs nécessaires à nos recherches personnelles, portant sur le développement et les applications du modèle des dipôles.
Ce modèle est ajusté aux données expérimentales d'HERA pour les fonctions de structure inclusives, qui sont reliées aux sections efficaces d'interaction électron-proton. La contribution à celles-ci de la production de particules charmées est prédite, en bon accord avec l'expérience. D'autre part, l'importance phénoménologique de certaines composantes sous-dominantes de l'équation BFKL (de spin conforme non nul), qui apparaissent comme solutions des équations d'évolution, est démontrée: on compare leur effet à celui du poméron mou de Donnachie-Landshoff.
On montre sur des observables particulières l'équivalence entre la formulation hamiltonienne et une formulation covariante de la QCD, et on l'applique à la détermination de la densité effective de dipôles primordiaux à l'origine d'un jet vers l'avant qui se matérialise quelquefois dans l'état final d'une réaction de diffusion profondément inélastique ou d'une diffusion de protons.
Enfin, le processus de diffraction dure, plus exclusif, est considéré dans l'approche BFKL. Sur le plan phénoménologique, une étude des données des expériences d'HERA dans le cadre du modèle des dipôles est présentée. Sur le plan théorique, le calcul des composantes de spin conforme non nul de l'équation BFKL pour la production diffractive de photons est effectué.
On retrouve dans ce cadre les équations d'évolution des partons en impulsion transverse (équation DGLAP), et longitudinale (équation BFKL). Cette dernière se présente ici sous la forme du modèle des dipôles de couleur. On transpose dans ce formalisme l'ensemble des calculs nécessaires à nos recherches personnelles, portant sur le développement et les applications du modèle des dipôles.
Ce modèle est ajusté aux données expérimentales d'HERA pour les fonctions de structure inclusives, qui sont reliées aux sections efficaces d'interaction électron-proton. La contribution à celles-ci de la production de particules charmées est prédite, en bon accord avec l'expérience. D'autre part, l'importance phénoménologique de certaines composantes sous-dominantes de l'équation BFKL (de spin conforme non nul), qui apparaissent comme solutions des équations d'évolution, est démontrée: on compare leur effet à celui du poméron mou de Donnachie-Landshoff.
On montre sur des observables particulières l'équivalence entre la formulation hamiltonienne et une formulation covariante de la QCD, et on l'applique à la détermination de la densité effective de dipôles primordiaux à l'origine d'un jet vers l'avant qui se matérialise quelquefois dans l'état final d'une réaction de diffusion profondément inélastique ou d'une diffusion de protons.
Enfin, le processus de diffraction dure, plus exclusif, est considéré dans l'approche BFKL. Sur le plan phénoménologique, une étude des données des expériences d'HERA dans le cadre du modèle des dipôles est présentée. Sur le plan théorique, le calcul des composantes de spin conforme non nul de l'équation BFKL pour la production diffractive de photons est effectué.