In this thesis we aim to test if Landau\'s two-component superfluid model is compatible with the quark-gluon-plasma description. We follow the test proposed by Chernodub et. al. [Two-component liquid model for the quark-gluon plasma. Theor. Math. Phys., v. 170, p. 211–216, 2012]. We start by reviewing the building process of a field theory with gauge symmetries and discussing the conservation laws associated to the theory’s symmetries. We explore the thermodynamic approach to quantum theory and the interesting fact that, when combined with a field theory, the path-integral formulation for quantum field theories emerges naturally. We also present the necessity of introducing a momentum cutoff into the theory and show that embedding space-time on a lattice is a way to introduce this cutoff and renormalize the theory. As a bonus, this also allows the numerical and non-perturbative evaluation of observables. We overview the phenomenological aspects of relativistic heavy-ion collisions and Landau’s two-component model for superfluids, along with a quantum-field-theory motivation for it, and explain details of the test proposed by Chernodub et. al.. Lastly, we show the implementation details of our simulation along with results. We do not see evidence that the proposed superfluid model is able to describe the plasma. We speculate that this might be caused by the absence of fermions in our simulations. / Nesta tese nosso objetivo é testar se o modelo de Landau de duas componentes para superfluidos é compatível com a descrição do plasma de quarks e glúons. Seguimos o teste proposto por Chernodub et. al. [Two-component liquid model for the quark-gluon plasma. Theor. Math. Phys., v. 170, p. 211–216, 2012]. Começamos revisando o processo de construção de uma teoria de campo com simetria de gauge e discutindo as leis de conservação associadas às simetrias da teoria. Exploramos a abordagem termodinâmica para teoria quântica e o interessante fato de que, quando combinada com uma teoria de campo, a formulação de integrais de trajetória para teorias quânticas de campo emerge naturalmente. Também apresentamos a necessidade de se introduzir um corte de momento na teoria, e mostramos que embutir o espaço-tempo em uma rede é um meio de introduzir o corte na teoria e renormalizá-la. Como um bônus, isso também permite o cálculo numérico e não-perturbativo de observáveis. Apresentamos um panorama dos aspectos fenomenológicos da colisão de íons pesados relativísticos e o modelo de duas componentes de Landau para superfluidos, bem como uma motivação de teoria quântica de campo para ele, e explicamos detalhes do teste proposto por Chernodub et. al.. Por fim, mostramos os detalhes de nossa implementação juntamente com nossos resultados. Não vemos evidência de que o modelo de superfluidod proposto seja capaz de descrever o plasma. Nós especulamos que isto possa ser causado pela ausência de férmions em nossas simulações.

Nesta tese estudamos o fluxo dirigido, a primeira componente na expansão de Fourier da distribuição azimutal das partículas emitidas. Diferente do fluxo elíptico, que é muito bem estudado e descrito na literatura, a física que gera este observável ainda não é muito conhecida. Mostramos que este observável é altamente sensível a condições iniciais, comparando vários resultados numéricos para diferentes condições iniciais, entre analíticas e numéricas. Propomos que o fluxo dirigido também é sensível à aceleração longitudinal e formulamos um modelo analítico baseado nesta hipótese. Este modelo sugere quais ingredientes são relevantes para o fluxo dirigido. Ele é confrontado com sucesso com cálculos numéricos, resultados experimentais e cálculos que não incluem a aceleração longitudinal. / In this thesis we study the directed flow, the first component in the Fourier\'s expansion of the azimuthal distribution of emitted particles. Unlike the elliptic flow, which is well studied and described in the literature, the physics that generates this observable is not yet well described. We show that this observable is highly sensible to the initial conditions, comparing several numeric results with different initial conditions, between analytic and numeric ones. We propose that the directed flow is also sensitive to the longitudinal acceleration and we formulate an analytic model based in this hypothesis. This model suggests which ingredients are relevant to the directed flow. It is confronted with success against numeric calculus, experimental results, and calculus that do not include the longitudinal acceleration.

Quarks charm são criados em estágios iniciais da colisão de íons pesados em processos de espalhamento duro. Portanto eles são sondas ideais para o Plasma de Quarks e Glúons (QGP), que é um estado da matéria em que os partons contidos em hadrons, em condições de alta temperatura (150 MeV) ou densidade (cerca de cinco vezes a densidade da matéria ordinária), passam para um estado livre de quarks e glúons. A fragmentação de quarks charm pode produzir mésons D. Jatos contendo um méson D como um de seus constituentes podem ser identificados como originados de uma fragmentação de quark pesado. Jatos contendo mésons D são valiosas ferramentas para caracterizar interações de quarks charm com o plasma. Jatos de charm podem fornecer informações para o estudo da perda de energia dependente da massa pela medida da modificação da produção de jatos de charm em colisões de núcleos de chumbo com respeito a colisões entre prótons em função do momento transversal dos jatos. Além disso, uma visão mais profunda pode ser obtida com a medida da distribuição da fração de momento, que é de particular interesse para investigar a possível influência do meio na fragmentação de quarks charm em jatos. Mésons D são reconstruídos através da análise de massa invariante de seu canal de decaimento hadrônico, rejeitando uma grande quantidade de fundo combinatório com seleções topológicas e explorando o tempo de vida relativamente longo de mésons D e as capacidades de identificação de partículas do detector ALICE. Jatos são reconstruídos com o algoritmo anti-kT usando candidatos a mésons D e partículas carregadas. A medida do espectro de momento transversal de jatos contendo mésons D em colisões de núcleos de chumbo a energias de sNN = 5.02 TeV será apresentada. Esses resultados levam a novas possibilidades de sondagem das propriedades do QGP quando comparados com medidas de referência. Por fim, os métodos desenvolvidos podem ser empregados no estudo das funções de fragmentação de quarks charm em colisões de íons pesados. / Charm quarks are created in the early stages of heavy-ion collisions in hard-scattering processes. Therefore, they are ideal probes of the Quark-Gluon Plasma (QGP), which is a state of matter where partons contained in hadrons, at high temperatures (150 MeV) or density (about five times the density of ordinary matter), change to a deconfined state of quarks and gluons. The fragmentation of charm quarks can produce D mesons. Jets containing a D meson as one of their constituents can be identified as originating from heavy-quark fragmentation. These jets are a valuable tool to characterize the charm interaction with the QGP. Charmed jets can provide information to the study the mass-dependent energy loss by the measurement of the modification of the charm-jet yield in Pb-Pb collisions with respect to pp collisions as a function of the jet transverse momentum. Moreover, a further insight can be obtained with the measurement of the momentum-fraction distribution, which is of particular interest to investigate the possible influence of the medium in the charm-jet fragmentation. D mesons are reconstructed through an invariant mass analysis of their hadronic decay channels, rejecting the large combinatorial background with topological selections exploiting the relatively large lifetime of D mesons and the particle identification capabilities of the ALICE detector. Jets are reconstructed with the anti-kT algorithm using D-meson candidates and charged tracks. The measurement of the transverse momentum spectrum of jets containing D mesons in Pb-Pb collisions at sNN = 5.02 TeV will be presented. These results lead to new possibilities of probing the QGP properties when compared to baseline measurements. Furthermore, the methods developed can be employed in the study of charm-quark fragmentation functions in heavy-ion collisions.

Neste trabalho foram realizadas, no Laboratório Pelletron do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, medidas de coincidência entre partículas com momentos relativos pequenos para os sistemas 160+10B e 160+ 12C nas energias de 62,5 e 64,0 MeV, respectivamente. Para isso, foi utilizado um hodoscópio composto de 14 telescópios do tipo E-E, capazes de medir a energia tanto de partículas pesadas (Z>2) como leves (Z2). A partir dessas medidas foram obtidos espectros de diferença dos módulos das velocidades (vdif) e funções correlação em momento relativo (prel) para vários pa res de partículas. A análise do espectro de vdif permite determinar a proporção relativa entre as duas seqüências de emissão possíveis para um dado par de partículas. A região da anticorrelação na função correlação permite obter informações sobre a escala temporal referente ao intervalo de tempo entre a emissão da primeira e da segunda partícula. Para o ajuste tanto do espectro de vdif como da função correlação foi utilizado um programa que simula a emissão sequencial de duas partículas a partir de um núcleo composto, no qual a fração das sequências de emissão e a escala temporal são parâmetros ajustáveis. Correlações envolvendo somente partículas leves forneceram resultados para as escalas temporais da ordem de 10-20 s a 10-19 s, compatíveis com evaporação sequencial de um núcleo composto. Correlações envolvendo partículas leves e pesadas forneceram escalas temporais da ordem de 10-20s compatíveis com a fissão de núcleos residuais após a emissão de uma partícula leve. / Particle-particle correlation measurements at small relative momenta for the 160+10B and 160+ 12C systems at Elab = 62.5 and 64 MeV, respectively, were performed at the University of São Paulo - Pelletron Laboratory. The experimental setup consisted of a hodoscope composed by fourteen triple telescopes which provide the energy for both light (Z 2 ) and heavy (Z>2) particles. Velocity difference (vdifl) spectra a nd correlation functions at small relative momenta were obtained for many particle pairs. The velocity difference spectrum provides information about the emission order for the particles. The anticorrelation region in the correlation function provides information about the time between the first and second emission. A simulation code that calculates sequencial emission from a compound nucleus and for which the emission order and time scale are parameters was used to fit both the vdiff spectrum and the correlation function. The time scales obtained for light particle correlations are between 10-20 and 10-19 s and they are in agreement with predictions for the evaporation of compound nuclei. Correlations between light and heavy particles give time scales of about 10 -20 which are compatible with fission of the residual nuclei after a light particle emission.

Foi calculado microscopicamente a seção de choque total de reação para os sistemas ANTPOT. 12 C + ANTPOT. 12 C, ANTPOT. 1-2 C+ ANTPOT. 40 Ca, ANTPOT. 12 C + ANTPOT. 90 Zr, ANTPOT. 12 C + ANTPOT. 208 Pb, ANTPOT. 40 Ca + ANTPOT. 40 Ca, ANTPOT. 40 Ca + ANTPOT. 208 Pb, ANTPOT. 90 Zr + ANTPOT. 90 Zr, ANTPOT. 90 Zr + ANTPOT. 208 Pb e ANTPOT. 208 Pb + ANTPOT. 208 Pb numa ampla faixa de energia. Foi usada a expressão WKB para a defasagem imaginária, na representação do parâmetro do impacto. A parte imaginária do potencial óptico foi construída, usando o primeiro termo da teoria de espalhamento múltiplo, incorporando na sua expressão o principio de Pauli. A inclusão da interação nuclear e coulombiana mostrou ser importante. Os resultados teóricos não se apresentam em bom acordo com os poucos dados experimentais existentes, a baixas energias. Este resultado foi atribuído a fraca absorção contida no potencial imaginário, que contém o processo de knock-out quase-livre como mecanismo dominante de reação. / The total reaction cross section of the systems 12C +12C, 12C + 40Ca, 12C + 90Zr, 12C + 208 Pb, 40Ca + 40Ca, 40Ca + 208Pb, 90Zr + 90Zr, 90 Zr + 208 Pb and 20B Pb + 208 Pb for a wide range of energies has been calculated microscopically. A WKB expression for the imaginary part of the optical potential has been constructed by using the first term of multiple scattering theory with the effect of Pauli blocking incorporated into it. The inclusion of the nuclear and Coulomb interactions is shown to be important. The theoretical results do not show very good agreement with the experimental data at lower energies. This is attributed to the weak absorption contained in the imaginary potential of the tpApB interaction, wich contained only quasi-free knock-out as the dominant reaction mechanism.

O Plasma de Quarks e Glúons é um novo estado da matéria criado brevemente em colisões nucleares de alta energia no RHIC (acelerador localizado no Brookhaven National Laboratory) e no LHC (acelerador do CERN, na Suíça). Para pesquisar suas propriedades e estado inicial, várias análises e métodos são usados. Neste mestrado, foi pesquisada a recém proposta Análise em Componentes Principais para multiplicidade e fluxo anisotrópico. É discutida sua sensibilidade ao tamanho das inomogeneidades no estado inicial bem como (de maneira indireta) ao tipo de condições iniciais e energia da colisão. Foi feita também uma comparação com dados experimentais recém obtidos pela colaboração CMS do LHC. O resultado talvez mais promissor é a diferença qualitativa entre dados de flutuações de multiplicidade e resultados de simulações hidrodinâmicas com certas condições iniciais. / The Quark Gluon Plasma is a new state of matter created briefly in high energy nuclear collisions at RHIC (accelerator located at Brookhaven National Laboratory) and at LHC (accelerator at CERN, Switzerland). To research its properties and initial state, many analysis and methods are used. In this master, the recently proposed Principal Component Analysis was studied for multiplicity and anisotropic flow. Its sensitivity to the size of inhomogeneities in the initial state as well as (indirectly) to the kind of initial conditions and collision energy is discussed. Also, a comparison was done with experimental data recently obtained by the CMS collaboration from LHC. Maybe, the most promising result is the qualitative difference between data from multiplicity fluctuations and results from hydrodynamic simulations with different initial conditions.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um simulador para as câmaras de expansão temporal / detectores de radiação de transição (TEC / TRD) do experimento PHENIX, instalado no Colisor de Íons Pesados Relativisticos (RHIC) do Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL) nos EUA. O programa do RHIC prevê a produção e caracterização de um estado da matéria conhecido como plasma de quarks e glúons (QGP), através de colisões entre prótons, dêuterons e íons pesados com energias de centro de massa sqrt(s_NN) entre 20 e 200 GeV. O PHENIX, um dos quatro experimentos instalados no acelerador, é especializado na medida de sinais eletrofracos provenientes das colisões e o TEC / TRD é o único subsistema do PHENIX capaz de identificar elétrons de forma eficiente para momentos acima de 5 GeV/c. Um simulador para reprodução da resposta do detector à passagem de partículas foi desenvolvido e comparado a dados de um detector proporcional monofilar construído no Laboratório de Instrumentação e Partículas da USP, e aos dados do próprio TEC / TRD. Os resultados mostram um acordo razoável entre medidas e simulações. O uso do simulador deverá permitir o estudo de novos métodos e melhoras na capacidade de identificação de elétrons do sistema. / The present work describes the development of a simulator for the Time Expansion Chambers / Transition Radiation Detectors (TEC / TRD) of the PHENIX experiment, installed at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) of Brookhaven National Laboratory (BNL). The main goal of the RHIC project is the production and study of a state of matter known as Quark Gluon Plasma (QGP), through collisions of protons, deuterons and heavy ions at center of mass energies sqrt(s_NN) ranging between 20 and 200 GeV. PHENIX, one of the four experiments of the accelerator, is dedicated to measuring electroweak signals arising from the collisions, and TEC / TRD is the only subsystem capable of identifying efficiently electrons with momenta above 5 GeV/c. A simulator to reproduce the detector response to the passage of particles was developed and compared to data from a single wire proporcional counter and from TEC / TRD itself. The results show reasonable agreement between measurements and simulations. The use of the simulator allows studies of new methods and possibly improvements in the electron identification capability of the system.

O principal objetivo de experimentos envolvendo colisões de íons pesados relativísticos é estudar a matéria nuclear sob condições extremas de temperatura e densidade. Sob tais condições, acredita-se que a matéria transite para um novo estado no qual quarks e glúons deixem de estar confinados, o plasma de quarks e glúons (PQG). A produção de partículas estranhas é uma importante ferramenta para a caracterização desse novo estado. O aumento da produção dessas partículas já era considerado como sendo um possível sinal para a existência do plasma de quarks e glúons mesmo antes da obtenção dos primeiros resultados experimentais do RHIC. Nesse trabalho, é feita a determinação da produção das partículas estranhas neutras K0s , e em colisões Cu+Cu ap sNN = 62:4 GeV, utilizando o intervalo de rapidez y < j0:75j. Em seguida, esses dados são comparados a modelos teóricos (estatístico -termodinâmicos, coalescência e core-corona) para entender o processo de produção dessas partículas em colisões de íons pesados relativísticos. / The main goal of relativistic heavy ion collisions is to study nuclear matter under extreme conditions of temperature and density. It is under these conditions that it is believed that a phase transition to a new state of matter where quarks and gluons are no loger conned takes place, the so called Quarks and Gluon Plasma. Strange particle production is an important tool for the characterization of this new state of matter. Strangeness enhancement was considered as a possible evidence for the formation QGP even before the rst RHIC experimental results. In this thesis, it is determined a production of neutral strange particles K0 s and in Cu+Cu collisions at p sNN = 62:4 GeV, using a rapidity range y < j0:75j. These data are compared to theoretical models (statistical-thermodynamic, coalescence and core-corona) in order to understand the hadronization process in relativistic heavy ions collisions.

O plasma de quarks e glúons é uma previsão da cromodinâmica quântica e experimentos em aceleradores de alta energia têm encontrado evidências experimentais de sua criação em colisões de íons pesados relativísticos. Uma dessas evidências foi proposta por Matsui e Satz [1] que prevê a supressão de estados de heavy quarkonium na existência deste plasma. Este projeto tem como objetivo obter a seção de choque da produção de no experimento STAR em colisões p+p e d+Au com energia no centro de massa de 200GeV e calcular o fator de modificação nuclear Rab. Para tal, foi necessário reconstruir os através de seu decaimento leptônico. Os subdetectores do STAR utilizados foram o TPC e BEMC. Os valores encontrados para seção de choque foram de 3i=1 (nS)e-e+(nS)p+p= 84 ±9(stat)+18-19(sist)pb e 3i=1 (nS)e-e+(nS)d + Au = 41 ± 4(stat) +7-8(sist)nb para as produções pp2009 e dAu2008, respectivamente. Os valores se encontram compatíveis com os teóricos calculados pelo modelo de evaporação de cor. O Rab experimental vale 1.24 ± 0.18(stat)+0.35 0.38(sist). / The quark and gluon plasma is a prediction of QCD, and high energy experiments have studied evidences of its creation in relativistic heavy ion collisions. One of these evidences was proposed by Matsui and Satz [1] that provides a experimental signature of the creation of the plasma, observing an anomalous supression on the heavy quarkonium production. This project aims to get production cross section in the STAR experiment in collisions p+p and d+Au with energy in the center of mass of 200GeV and calculate the nuclear modification factor Rab. To this end, it was necessary to reconstruct the from his leptonic decay. The subsystems used in this analysis were the TPC, BEMC and the heavy quarkonia trigger system. The values for the cross sections were 3i=1 (nS)e-e+(nS)p+p= 84 ±9(stat)+18-19(sist)pb and 3i=1 (nS)e-e+(nS)d + Au = 41 ± 4(stat) +7-8(sist)nb for pp2009 and dAu2008 productions, respectively. These values are compatible with the theoretical calculated by the color evaporation model. The determined value for the factor Rab was 1.24 ± 0.18(stat)+0.35 0.38(sist).

O principal objetivo de experimentos envolvendo colisões de íons pesados relativísticos é estudar a matéria nuclear sob condições extremas de temperatura e densidade. Sob tais condições, acredita-se que a matéria transite para um novo estado no qual quarks e glúons deixem de estar confinados, o plasma de quarks e glúons (PQG). A produção de partículas estranhas é uma importante ferramenta para a caracterização desse novo estado. O aumento da produção dessas partículas já era considerado como sendo um possível sinal para a existência do plasma de quarks e glúons mesmo antes da obtenção dos primeiros resultados experimentais do RHIC. Nesse trabalho, é feita a determinação da produção das partículas estranhas neutras K0s , e em colisões Cu+Cu ap sNN = 62:4 GeV, utilizando o intervalo de rapidez y < j0:75j. Em seguida, esses dados são comparados a modelos teóricos (estatístico -termodinâmicos, coalescência e core-corona) para entender o processo de produção dessas partículas em colisões de íons pesados relativísticos. / The main goal of relativistic heavy ion collisions is to study nuclear matter under extreme conditions of temperature and density. It is under these conditions that it is believed that a phase transition to a new state of matter where quarks and gluons are no loger conned takes place, the so called Quarks and Gluon Plasma. Strange particle production is an important tool for the characterization of this new state of matter. Strangeness enhancement was considered as a possible evidence for the formation QGP even before the rst RHIC experimental results. In this thesis, it is determined a production of neutral strange particles K0 s and in Cu+Cu collisions at p sNN = 62:4 GeV, using a rapidity range y < j0:75j. These data are compared to theoretical models (statistical-thermodynamic, coalescence and core-corona) in order to understand the hadronization process in relativistic heavy ions collisions.