RT Dissertation/Thesis
T1 Generalized parton distributions of the pion: modeling, evolution and observable implications
A1 Morgado Chávez, José Manuel
A2 Universidad de Huelva. Departamento de Física Aplicada, 
AB Yet the Standard Model of particle physics is so far the most successful theory ever conceived inscience, with countless of achievements in the description of Nature; still a number of phenomenaremains to be properly understood. A paradigmatic example is confinement. Paving the roadtowards the understanding of such essential feature thus requires a detailed knowledge of hadrons'inside. The main subject covered in this thesis is precisely the study of hadron structure.Nonetheless this is a really broad field. We thus set sights on an exemplary case: The pions. Asmesons, they are potentially simpler to describe that other hadrons like the proton. At the sametime, as the pseudo Nambu-Goldstone modes associated to the dynamical breakdown of chiralsymmetry, its description is of uttermost relevance for the comprehension of the origin of mass inNature. We thus address the problem of assessing pions' structure, from first principles up to itsobservable manifestations.This work is thus divided into two parts: First, the issue of a formal description of hadron's structureis addressed. Relying on the role played by Compton scattering as an essential window intohadrons' inside, we review its formal treatment as understood in the generalized Bjorken limit,leading to the introduction of generalized parton distributions (GPDs). Those parametrize theamplitudes for deeply virtual Compton scattering (DVCS) on hadrons to take place, yielding aunique source of information about the way hadrons are built up from elementary constituents. Inthe second chapter of this dissertation we review the formal definition and primary properties ofgeneralized parton distributions, together with the main strategies allowing for their evaluation. Weidentify two essential attributes to be fulfilled: Positivity and polynomiality; a task which,regardless, conventional approaches fail to accomplish. In the third chapter of this thesis we facethe problem of obtaining models for pion GPDs which fulfill, by construction, these two features.Following an approach to the description of bound-state systems in quantum field theory based oncontinuum Schwinger methods, we find the hypothesis of decoupling between longitudinal andtransverse degrees of freedom at the level of parton dynamics to be associated with the dynamicalbreakdown of chiral symmetry. On that assumption, a novel family of generalized partondistributions within the DGLAP region is derived and showed to exhibit two striking characteristics:They satisfy the positivity constraints, and are built from the sole knowledge of parton distributionfunctions. From that point on we exploit the covariant extension strategy, allowing us to find the corresponding ERBL GPDs, such that polynomiality is also fulfilled by construction.Armed with models for pion GPDs that are complete, in the sense that they satisfy every necessaryproperty, the second part of this work thus exploits them in the derivation of their observablemanifestations, allowing for a practical assessment of pions' structure as well their benchmarking.To this end, the fourth chapter pursues the necessary evaluation of scale-evolution for GPDsthrough an effective approach which encompasses some non-perturbative aspects of theprocedure. The results hint the crucial role played by gluons in building pions' up, their associateddistributions being commensurate with those for quarks. We thus round-off this dissertation byexploiting the evolved models to deliver predictions on event-rates and beam-spin asymmetries asthey could be measured at forthcoming electron-ion colliders. The results reveal that indeed DVCSon pions is expected to be measurable at future facilities; and reveals that gluons dominate theresponse of pions subjected to DVCS, identifying a sign inversion in the beam-spin asymmetries asclear signal for pinning-down the regime for gluon dominance.
AB Pese a la ingente cantidad de resultados derivados del Modelo Estándar de la física de partículasaún existe una gran cantidad de fenómenos que no llegamos a entender completamente. Unejemplo es el del confinamiento. Un paso esencial para su comprensión es la descripción de laestructura hadrónica. Esta es precisamente la temática de esta tesis, donde se estudia laestructura de piones mediante el formalismo de las distribuciones generalizadas de partones(GPDs, por sus siglas en inglés). Como mesones, los piones deberían ser más sencillos de describirque otros hadrones como el protón. Más aún, debido a su naturaleza dual como estados ligadospero también como bosones Goldstone asociados a la rotura dinámica de simetría quiral, los pionesson una pieza fundamental para comprender el origen de la masa en sistemas físicos. Por todoesto esta tesis aborda la descripción de la estructura piónica a primeros principios y evalúa susmanifestaciones en experimentos.El trabajo está dividido en dos partes. Empezando por abordar el problema de la descripción de laestructura hadrónica desde una perspectiva general, el primer capítulo revisa los procesos descattering Compton en este sentido. Así, la identificación del límite de dispersión profundamentevirtual permite la introducción de las GPDs como objectos fundamentales para la descripción descattering Compton profundamente virtual (DVCS, en inglés). El segundo capítulo se dedicaentonces a un análisis detallado de estas, empezando por su definición, propiedades y unadiscusión detallada sobre toda la información que codifican sobre la estructura hadrónica. En esteproceso se encuentra que las llamadas propiedades de "polinomialidad" y "positividad" juegan unpapel central en la construcción de modelos de GPDs realistas, y es por tanto satisfacerlas en todocaso. En este sentido es importante destacar que las estrategias convencionales para el cálculo deGPDs no consiguen este objetivo. Con ello, el tercer capítulo de la tesis aborda el problema deconstruir modelos de GPDs para piones que satisfagan, por construcción, ambas propiedades.Siguiendo una estrategia basada en el método de las ecuaciones de Dyson-Schwinger para ladescripción de estados ligados, se encuentra que la hipótesis de desacoplo entre los grados delibertad longitudinales y transversales de la dinámica partónica está íntimamente relacionada conla restauración de la simetría quiral. Explotando dicha hipótesis derivamos una nueva familia de GPDs en la región DGLAP que satisfacen la condición de positividad y para cuya construcciónúnicamente es necesario el conocimiento de las llamadas funciones de distribución de partones.Partiendo de ese resultado, la estrategia de extensión covariante permite obtener lacorrespondiente región ERBL, obteniendo por primera vez modelos de GPDs que satisfacen almismo tiempo y por construcción las condiciones de positividad y polinomialidad. Con el fin de arrojar luz a nuestro entendimiento sobre la estructura de los piones, así como lacontrastación de este estudio, la segunda parte del trabajo parte de los mencionados modelos yevalúa sus manifestaciones en los resultados obtenidos en futuros experimentos. Para ello, elcapítulo cuatro se encarga de describir la necesaria evolución de GPDs con la escala derenormalización; implementando una estrategia efectiva capaz de abarcar efectos puramente noperturbativos de la interacción fuerte. Los resultados ponen de manifiesto el importante papel delcontenido gluónico en la construcción de la estructura de piones. Finalmente, el quinto capítulodescribe el cálculo de número de eventos y asimetrías en futuros aceleradores electrón-ion,mostrando que efectivamente estas instalaciones deberían ser capaces de medir DVCS en piones eidentificando la inversión en las correspondientes asimetrías como una clara señal experimentalcapaz de delimitar el régimen en el que los gluones constituyen la parte dominante en laestructura piónica.
PB Universidad de Huelva
YR 2022
FD 2022
LK https://hdl.handle.net/10272/21699
UL https://hdl.handle.net/10272/21699
LA eng
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 30 may 2026