Electromagnetic production of light mesons

Abstract

In spite of the fact that Quantum Chromodynamics (QCD) is regarded as the theory of the strong interaction, in the energy regime of the mass of the nucleon and its resonances a perturbative approach, is not suitable. Thus, one has to rely on an e ective approach if is interested on the properties of nucleon resonances and processes where they are involved { mainly meson production which is the dominant decay channel. This thesis is devoted to pion photoproduction from the nucleon, a classical topic within nuclear and particle physics, which has been proved as one of the best mechanisms to study the nucleon and its resonances as well as to study the role of the pion and resonances in nuclei. I present a pion photoproduction model on the free nucleon based on an E ective Lagrangian Approach (ELA) which includes the nucleon resonances ((1232), N(1440), N(1520), N(1535), (1620), N(1650), and (1700)), in addition to Born and vector-meson exchange terms. The model incorporates a new theoretical treatment of spin-3/2 resonances, rst introduced by Pascalutsa, avoiding pathologies present in previous models. Other main features of the model are chiral symmetry, gauge invariance, and crossing symmetry. I use the model combined with modern optimization techniques based upon genetic algorithms to assess the parameters of the nucleon resonances on the basis of world data on electromagnetic multipoles. I present results for electromagnetic multipoles, di erential cross sections, asymmetries, and total cross sections for all one pion photoproduction processes on free nucleons. I nd overall agreement with data from threshold up to 1 GeV in laboratory frame.

A pesar de que la cromodinámica cuántica (QCD) se considera la teoría de la interacción fuerte, en el régimen energético de la masa del nucleón y sus resonancias, un enfoque perturbativo no es adecuado. Por lo tanto, es necesario recurrir a un enfoque efectivo si se está interesado en las propiedades de las resonancias del nucleón y los procesos en los que están involucradas (principalmente la producción de mesones, que es el canal de desintegración dominante). Esta tesis se dedica a la fotoproducción de piones a partir del nucleón, un tema clásico dentro de la física nuclear y de partículas, que ha demostrado ser uno de los mejores mecanismos para estudiar el nucleón y sus resonancias, así como para estudiar el papel del pión y las resonancias en los núcleos. Presento un modelo de fotoproducción de piones en el nucleón libre basado en un Enfoque de Lagrangiano Efectivo (ELA) que incluye las resonancias del nucleón ((1232), N(1440), N(1520), N(1535), (1620), N(1650) y (1700)), además de los términos de Born y de intercambio de mesones vectoriales. El modelo incorpora un nuevo tratamiento teórico de las resonancias de espín 3/2, introducido por primera vez por Pascalutsa, evitando patologías presentes en modelos anteriores. Otras características principales del modelo son la simetría quiral, la invariancia de gauge y la simetría de cruce. Utilizo el modelo combinado con técnicas modernas de optimización basadas en algoritmos genéticos para evaluar los parámetros de las resonancias del nucleón a partir de datos mundiales sobre multipolos electromagnéticos. Presento resultados para multipolos electromagnéticos, secciones transversales diferenciales, asimetrías y secciones transversales totales para todos los procesos de fotoproducción de un pión en nucleones libres. En general, concuerda con los datos desde el umbral hasta 1 GeV en el marco de laboratorio.