Introdução - Radiação de Travagem na QED

A Electrodinâmica Quântica (QED) é uma teoria bem conhecida desde há muito tempo, que serviu de base ao Modelo Padrão das Interacções Electrofracas. Descreve as interacções entre fotões e electrões ou outras partículas carregadas, o que significa que os seus efeitos estão presentes em qualquer área e são da maior importância nos aneis de colisão de alta energia. Embora o propósito do LEP seja o estudo das interacções fracas, os processos fracos são distorcidos pelas normalmente denominadas correcções radiativas. Correcções que provêm de processos bem conhecidos, mas que têm de ser calculadas com uma grande precisão.

Um dos processos da QED que tem fortes efeitos nos dados de LEP é a radiação de travagem, conhecida pela expressão alemã Bremsstrahlung. Todas as partículas carregadas emitem fotões quando são aceleradas e a emissão destes fotões reduz a energia da partícula inicial.

Quando se analisa a produção de $q\bar{q}$ em LEP, tem de se ter presente que uma das características da produção de fermiões através da aniquilação de electrões é o facto de uma grande parte destes acontecimentos ocorrer após a radiação de fotões pelos electrões do estado inicial. Esta radiação do estado inicial (ISR) reduz a energia disponível para a colisão e a secção eficaz para a produção de $q\bar{q}$ não pode ser calculada directamente à energia nominal. Também os jactos de partículas provenientes da hadronização dos quarks têm constrangimentos cinemáticos devido à emissão de fotões.

A maior parte dos fotões de ISR não é detectável - quer por a sua energia ser demasiado baixa, quer por a emissão ser predominantemente colinear, fazendo com que os fotões continuem o seu trajecto segundo a linha de feixe. Mas às energias utilizadas na fase de LEP2, muito mais elevadas do que a massa do $Z^0$, o número de fotões de ISR é muito elevado; os fotões estão presentes em muitos dos acontecimentos $q\bar{q}$ detectados por DELPHI a $\sqrt {s}$ = 183 GeV. O aumento do número de acontecimentos com mais do que um fotão energético torna também possível o estudo da emissão múltipla.

Os efeitos da radiação de travagem da QED são uma fonte de ruído para as pesquisas de nova Física (em que se procuram partículas pesadas e instáveis a decair para quarks e fotões ou para partículas invisíveis, por exemplo) e devem ser bem estudados. Estes estudos têm de ser feitos para cada detector, uma vez que o facto da maior parte dos fotões ter uma energia baixa e ser emitida a baixos ângulos polares faz com que a sua detecção seja extremamente dependente quer do tipo de sub-detector utilizado quer da hermiticidade do conjunto de detecção.

Neste momento são utilizados vários métodos para o cálculo analítico dos efeitos de Bremsstrahlung. Nenhum deles é exacto e é necessário saber se as aproximações utilizadas em cada um deles são compatíveis com a precisão alcançada nas medições experimentais.

A Parte I da tese é dedicada ao estudo da radiação de travagem da Electrodinâmica Quântica nos acontecimentos $q\bar{q}$. No capítulo 2 será feita uma introdução do processo de Bremsstrahlung. No capítulo 3 descrever-se-ão os diferentes geradores Monte Carlo utilizados, comparando-se as suas previsões. No capítulo 4 será dada uma descrição do detector DELPHI, com especial atenção à detecção de fotões na região de muito baixos ângulos polares. No capítulo 5 apresentar-se-á a análise dos estados finais $q\bar{q}(\gamma)$. No último capítulo da primeira parte será estudada a eficiência para separação de electrões e fotões na região de baixos ângulos polares de DELPHI.

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