Inclusive Jet Production Studies at the Tevatron using the CDF Detector

Abstract

QCD es una teoría que gobierna la interacción fuerte entre quarks y gluones dentro de los hadrones, por ejemplo, protones y neutrones. Esta teoría tiene dos características: libertad asintótica y color confinamiento. La dependencia de la constante de acoplamiento con la escala es tal que esta decrece con la distancia entre partones. Esto permite realizar precisos cálculos teóricos a una gran escala de energía usando teoría de perturbaciones (pQCD). Además, la fuerza de la interacción incrementa con la distancia entre partones y gluones obligando que estos estén confinados en hadrones.<br/>En el acelerador Tevatron, protones y antiprotones colisionan a una alta energía. En estas colisiones se producen jets de hadrones colimados en la misma dirección de los quarks y gluones que han colisionado. La medida de la sección eficaz de producción de jets centrales constituye una prueba de las predicciones de pQCD en más de ocho órdenes de magnitud. Además la medida también es sensible a la distribución de los partones dentro del proton (PDFs). Medidas de la producción de jets a grandes rapidititis son importantes porque ayudan a restringir la incertidumbre en esas distribuciones de los partones en una región donde no se espera señal de nueva física. <br/>Esta tesis presenta la medida de producción de jets usando datos recogidos por el experimento CDF, uno de los detectores que estudia las colisiones en Tevatron. La medida esta hecha con un algoritmo muy preciso para buscar jets, relativamente nuevo en colisionadores hadrónicos. La medida esta comparada con predicciones de pQCD, donde los efectos de efectos no-perturbativos han sido incluidos. Los resultados demuestran que hay un excelente acuerdo entre la medida y la teoría, no mostrando señal de nueva física. Además, las incertidumbre es la medida son mas pequeñas que la teoría, cosa que indica que estas medidas pueden ser usadas para restringir las PDFs.

QCD is the gauge theory that governs the strong interactions between quarks and gluons inside hadrons like, for example, protons and neutrons. It shows two well established characteristics, related to the non-abelian nature of the theory, that dominate its phenomenology: asymptotic freedom and color confinement. The dependence of the strong coupling with the hard scale is such that it decreases with decreasing the distance between partons. This allows performing precise theoretical calculations at large energy transfer using perturbative QCD (pQCD). In the other hand, the strength of the interaction increases with the distance between partons and thus colored quarks and gluons are forced to be confined inside colorless hadrons.<br/>At the Tevatron at Fermilab, protons and antiprotons collide at very high energy. In those collisions, collimated jets of hadrons are produced along the direction of struck quarks and gluons in the final state. The measurement of the inclusive jet production cross section provides a stringent test of pQCD predictions over almost nine orders of magnitude. In addition, the measurement is sensitive to the parton distribution in the proton (PDFs). Jet measurements at large rapidities are important because they constrain the gluon density in a region where no effect from new physics is expected.<br/>This PhD. Thesis presents a measurement of the inclusive jet production cross section using the new data collected by the CDF experiment in Run II, one of the detectors at Tevatron. The longitudinally invariant kT algorithm has been used in order to search for jets in the final state. The measurement is compared to pQCD NLO calculations where non-perturbative effects from the underlying event and the fragmentation of partons into jets of hadrons have been taken into account. The results show an excellent agreement between the measurements and the theory, without presenting signal for new physics. In addition the systematic uncertainties in the measurements are smaller than in the theory, indicating that these measurements can be used to constrain the PDFs.