Thesis:

Probing nuclear effects on Pi+ production with CLAS and enabling new HEP experiments with precision timing

Color confinement is a fundamental property of Quantum Chromo Dynamics (QCD), the theory of the strong force. Hadronization is the process whereby highly energetic quarks, stripped of most of their color fields, evolve back to color-neutral hadrons, thus satisfying confinement. This process has been studied in electro-nuclear scattering at two interna- tional laboratories by measuring the absorption or enhancement of hadrons produced in the scattering. The cross section for this process has a rigorous correct, known form that has three linearly independent terms. It has the form A + B cos(φ) + C cos(2φ), where A, B, and C each depend on four kinematic variables, and φ is the azimuthal angle of the pion in the virtual-photon-nucleon reference frame. All studies of nuclear modifi- cations of the cross section to date have been performed using only the first term. In this thesis we will extract the second term for the first time, and will constrain the third term, which is known to be small, while the second term is known to be large. This will illus- trate the extent to which quantum effects are needed to describe the medium-modified scattering, which thus far have only been described using semi-classical approaches. The information gained will give a completely new way to look at the behavior of the in- medium hadronization process, helping to determine the mechanisms that enforce QCD confinement.

El confinamiento de color es una propiedad fundamental de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría de la fuerza fuerte. La hadronización es el proceso por el cual los quarks de alta energía, despojados de la mayor parte de sus campos de color, evolucionan de nuevo a hadrones neutros en color, satisfaciendo así el confinamiento. Este proceso se ha estudiado en la dispersión electronuclear en dos laboratorios internacionales midiendo la absorción o el aumento de hadrones producidos en la dispersión. La sección eficaz para este proceso tiene una forma rigurosa y conocida que consta de tres términos linealmente independientes. Tiene la forma A + B cos(φ) + C cos(2φ), donde A, B y C dependen cada uno de cuatro variables cinemáticas, y φ es el ángulo azimutal del pión en el sistema de referencia del nucleón-fotón virtual. Todos los estudios de modificaciones nucleares de la sección eficaz realizados hasta la fecha se han llevado a cabo utilizando únicamente el primer término. En esta tesis, extraeremos el segundo término por primera vez y restringiremos el tercer término, que se sabe que es pequeño, mientras que el segundo término es grande. Esto ilustrará hasta qué punto se necesitan los efectos cuánticos para describir la dispersión modificada por el medio, que hasta ahora solo se ha descrito mediante enfoques semiclasicos. La información obtenida proporcionará una perspectiva completamente nueva sobre el comportamiento del proceso de hadronización en el medio, lo que ayudará a determinar los mecanismos que imponen el confinamiento de la cromodinámica cuántica (QCD).