Studio Fenomenologico di DIS Semi-Inclusivo Longitudinalmente Polarizzato - Phenomenological Study of Longitudinally Polarized Semi-Inclusive DIS

This Master thesis work focuses on the phenomenological study of a particular process, longitudinally polarized semi-inclusive deep inelastic scattering (SIDIS), driven by the aim of unravel the internal structure of hadrons. Indeed no direct observation on quarks and gluons is allowed because of confinement. In order to get information on the internal structure, hadrons need to be probed in high-energy scattering processes. From the theoretical perspective, maps of distribution of partons in the hadrons have been developed. In particular, this Master thesis focuses on the transverse-momentum dependent distribution functions, usually called TMDs, as they can give us more information about momenta and spin orientation of the parton and/or the parent hadron. To access a particular class of TMDs, we have studied the longitudinally polarized SIDIS process, where polarized leptons scatter on polarized nucleons, and we have evaluated the predictions for a significant observable of longitudinally polarized processes, i.e. the longitudinally polarized double spin asymmetry. In order to make predictions to compare with the existing data, it has been essential the “Nanga Parbat” fitting framework developed in Pavia by “Has QCD” group, created with the pursuit to determine the non-perturbative component of TMD distributions. In particular we have improved Nanga Parbat, including the possibility of making predictions and fits in the scenario of polarized processes. In this thesis we present the first extraction of one particular TMD, the helicity distribution function, and the first predictions of the asymmetry for CLAS12 Collaboration from Jefferson Lab, whose data have not been published yet.

Il lavoro di tesi si concentra sullo studio fenomenologico di un particolare processo, il DIS semi-inclusivo longitudinalmente polarizzato (SIDIS), con il fine di investigare la struttura interna degli adroni. Infatti allo stato dell’arte essa non risulta completamente nota a causa del confinamento, che preclude l’osservazione diretta di quark e gluoni. Per ottenere informazioni sulla struttura interna è necessario effettuare esperimenti di scattering ad alte energie, mentre da un punto di vista teorico è essenziale definire mappe di distribuzione dei partoni negli adroni. In particolare, il lavoro si basa su mappe di distribuzione sensibili al momento trasverso intrinseco dei partoni, comunemente chiamate TMD, poiché in grado di fornire informazioni sulla quantità di moto e sull'orientamento dello spin del partone e dell'adrone genitore. Per accedere ad una particolare classe di TMD, il processo studiato in questo lavoro di tesi è il SIDIS polarizzato longitudinalmente, dove leptoni polarizzati colpiscono nucleoni polarizzati, e sono state ricavate le predizioni per l'asimmetria longitudinalmente polarizzata, l’osservabile di maggior interesse nei processi polarizzati. Al fine di ottenere previsioni da confrontare con i dati esistenti, si è utilizzato il framework “Nanga Parbat”, sviluppato dal gruppo di Pavia “Has QCD” e creato con l'obbiettivo di determinare la componente non perturbativa delle distribuzioni TMD. In particolare, in questa tesi di ricerca ci siamo occupati di migliorare Nanga Parbat includendo la possibilità di calcolare previsioni e fit nello scenario dei processi polarizzati. In questo lavoro di tesi vengono presentati i risultati riguardanti la prima estrazione di una specifica TMD, ovvero la distribuzione di elicità, e le prime predizioni ottenute per l'asimmetria longitudinalmente polarizzata per la Collaborazione CLAS12 del Jefferson Lab, i cui dati non sono ancora stati pubblicati.