Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física / Made available in DSpace on 2013-06-25T19:00:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311322.pdf: 5230146 bytes, checksum: 30f7940fb6addda231c03960c74fb1ca (MD5) / A física de altas energias é um dos campos de pesquisa mais interessantes da física e de maior atividade atualmente, abrangendo fenômenos físicos que vão desde cosmologia até a física de partículas elementares. Nesta última, sua atuação se dá principalmente nos modernos aceleradores de partículas, como o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e o Large Hadron Collider (LHC), onde feixes de partículas colidem entre si produzindo inúmeras outras partículas. A Cromodinâmica Quântica é a teoria que descreve a força nuclear forte entre quarks e glúons, que são os formadores dos hádrons e estão confinados no interior dos mesmos. Entretanto, existe a possibilidade de que em regimes de altas energias caracterizados por temperaturas e/ou densidades elevadas estes quarks e glúons passem da fase hadrônica para uma fase desconfinada representada pelo plasma de quarks e glúons. Essa transição de fase tem inúmeras implicações experimentais (algumas delas sendo atualmente testadas no RHIC e no LHC), além de ser importante na descrição dos estágios iniciais do universo e da matéria que compõe as estrelas de nêutrons. Além disso, recentemente tem-se argumentado que espectadores (partículas periféricas que não se envolvem diretamente na colisão) em colisões não centrais de íons pesados podem gerar fortes campos magnéticos na região de colisão, o que pode influênciar as características da transição de fase. No entanto, devido as dificuldades técnicas em se trabalhar diretamente com a QCD, o uso de modelos efetivos que apresentam algumas propriedades e simetrias desta teoria tem crescido significativamente, mostrando-se uma boa alternativa para contornar estas dificuldades. Um dos modelos mais conhecidos é o modelo de Nambu--Jona-Lasinio (NJL), que, na sua versão mais simples, trata a interação entre quarks up e down como sendo pontual, isto é, sem a participação de gluons. Isto facilita em muito os cálculos envolvidos, apesar de restringir o uso do modelo a escalas de energia que sejam compatíveis com esta aproximação. Nesta dissertação faremos uso da versão SU(2) do modelo de NJL em temperaturas e densidades finitas para estudar a transição quiral na matéria de quarks com e sem a influência de um campo magnético externo. Estudaremos com maiores detalhes o diagrama de fases associado ao modelo, em especial a região da transição de primeira ordem onde há coexistência de fases. Veremos como o campo magnético altera a temperatura pseudo-crítica no crossover, o potencial químico de coexistência em baixas temperaturas e a localização do ponto crítico no diagrama de fases. Até o momento a maioria dos trabalhos relacionados com este tema estão restritos ao estudo dos efeitos do campo magnético no plano $T-\mu$. Neste trabalho damos um passo a frente, investigando também os efeitos do campo magnético sobre algumas grandezas termodinâmicas como a pressão, entropia, densidade bariônica, densidade de energia, susceptibilidade do número de quarks, anomalia do traço e curvas isentrópicas. Um dos resultados mais interessantes da dissertação é uma inesperada "deformação" no diagrama de coexistência de fases no plano $T-\rho$ devido às oscilações na curva de coexistência causadas pelo campo magnético. Este comportamento pode ser entendido em termos do preenchimento dos níveis de Landau em temperaturas baixas. / High energy physics is one of the most interesting research fields of physics in activity nowadays, covering physical phenomena from cosmology to elementary particle physics. Within the latter, high energy physics is present in modern particle accelerators such as the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and the Large Hadron Collider (LHC), where particle beams collide producing several other particles. Quantum Chromodynamics (QCD) is the theory that describes the strong nuclear force among quarks and gluons, which form the hadrons and are confined in their interior. However, there is the possibility that in high energy regimes characterized by high temperatures and/or densities these quarks and gluons undergo a phase transition, changing from the hadronic phase to a deconfined phase represented by the quarkgluon plasma. This phase transition has several experimental implications (some of them being tested in the RHIC and in the LHC), being also important in the description of the early stages of the universe and in the study of the matter in neutron stars. Furthermore, it has been argued in recent years that spectators (particles at the edge of the beam that do not get involved directly in the collision) in non-central heavy ion collision are responsible for creating a strong magnetic field that could affect the features of the phase transitions. However, due to tecnical difficulties in dealing with QCD, the use of less fundamental theories that mimic some of the properties and symmetries of the original theory has growth significantly, being a good alternative to face those difficulties. One of the most popular models is the Nambu{Jona-Lasinio (NJL) model, which, in its simplest version, treats the interaction between up and down quarks as being pontual, with no gluon exchange. This makes calculations a lot easier to perform, but restricts the use of the model to energy scales onsistent with this approximation. In this dissertation we make use of the SU(2) NJL model at finite temperatures and densities in order to study the chiral transition in quark matter under the influence or not of an external magnetic field. We study the phase diagram of the model in detail, paying special attention to the first order transition, where the symmetric and non symmetric phases can coexist. We investigate how the magnetic field affects the crossover pseudocritical temperature, the coexisting chemical potential at low temperatures and the location of the critical end point in the phase diagram. So far, most of the works related to this theme are restricted to the investigation of the magnetic field over the T - u plane only. We take a step forward in this direction, investigating the effects of the magnetic field over some thermodynamic quantities such as the pressure, entropy, baryonic density, energy density, quark number susceptibility, trace anomaly and the isentropic curves or adiabats. One of the most interesting results of this work is the \deformation" of the coexistence phase diagram in the T - u plane caused by the oscillations of the coexistence curve due to the magnetic field. This behavior may be explained in terms of the filing of the Landau levels at low temperatures.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-07-29Bitstream added on 2014-06-13T19:21:28Z : No. of bitstreams: 1 mireztarrillo_ca_dr_ift.pdf: 1313516 bytes, checksum: aff2035e20e21e3f21523459f7686aa4 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Nessa tese, consideramos um modelo estatíıstico a quarks no qual todos os quarks individuais do sistema (quarks do mar e de valência) são confinados por uma interação efetiva central, relativística, com intensidade e expressões iguais para as componentes escalar e vetorial. Consideramos a distribuição de Fermi-Dirac para os quarks nesse modelo, a densidade de probabilidade para um sistema a quarks com níveis de energia e temperatura T, com potenciais químicos apropriados, correspondentes aos quarks leves up (u) e down (d), de modo que as funções de onda do próton e nêutron fiquem corretamente normalizadas. A diferença entre as interações dos quarks u e d é atribuída às contribuições devidas aos instantons, que são dependentes dos spins dos constituintes, e implicam na diferença de massa entre o nucleon (n1/2) e a ressonância 3/2. Os parâmetros do modelo são fixados por dados experimentais disponíveis. O parâmetro de temperatura T é ajustado pelo valor da violação da regra de soma de Gottfried, e os potenciais químicos pela normalização do nucleon, com o correspondente ajuste dos quarks de valência u e d. Para um melhor ajuste do modelo, acrescentamos efeitos devido aos processos da QCD perturbativa de emissão de glúons por quarks, que são divididos em pares quark-antiquark (os quais geram iguais componentes do mar). Consideramos no modelo que os quarks constituintes no nucleon possuem uma sub-estrutura, que por sua vez é extraída, para os quarks e antiquarks, a partir da função de estrutura do píon. Dentro deste modelo estatístico de quarks confinados linearmente obtemos a assimetria de sabores e a correspondente função de estrutura do nucleon. Obtemos a distribuição da razão e a diferençaa de quarks do mar no próton... / In this thesis, we consider a statistical quark model where all individual quarks of the system ( sea and valence quarks) are confined by an effective central interaction with intensity and equal expressions for scalar and vector components. We consider the Fermi-Dirac distribution for quarks in this model, the probability density for a quark system with energy levels and temperature T, with appropriate chemical potentials, related to the light quarks up (u) and down (d), to give the correct neutron and proton normalizations. The difference between the interactions of quarks u and d is supposed to come from instanton contributions, that are spindependent of the constituents, implying in the mass difference of nucleon (n1/2) and 3/2 resonance. The model parameters are determined by the available experimental data. The temperature parameter T is adjusted by the value of the Gottfried sum rule violation, and the chemical potentials by the corresponding normalization of the valence quarks u and d in the nucleon. Moreover, to improve the model, we consider perturbative QCD processes of gluon emissions by the quarks, which split into quark-antiquark pairs (to which generates equal components of the sea). Also, as the quarks in the model are considered as having substructure, such quark and antiquark substructure are extracted from the pion structure function. Within this statistical model of quarks confined linearly we obtain the flavor asymmetry and corresponding structure function of the nucleon. We obtain the ratio and the difference of sea quark distributions in the nucleon, given by ¯ d/¯u, ¯ d-¯u, as well as the ratio and the difference of the structure functions of neutron and proton: Fn 2 /Fp 2 and Fp 2 -Fn 2 , which are compared with the experimental available results. We made an application of the model, calculating the content of strangeness in the sea of the... (Complete abstract click electronic access below)

Neste trabalho de tese investigamos o papel de dinâmica perturbativa e não-perturbativa da Cromodinâmica Quântica, a teoria das interações fortes, em processos de produção de quarks pesados e de quarkonium-estados ligados de um par de quarks pesados. Um aspecto importante na produção de quarks pesados consiste no tratamento de ordens mais altas em QCD perturbativa, que abordamos por meio de elementos de matriz QCD em segunda ordem dominante (NLO) e através de um gerador de eventos Monte Carlo, mais útil fenomenologicamente, onde a produção perturbativa de pares Q Q e obtida utilizando elementos de matriz em ordem dominante e a aproximação de chuveiros partônicos de processos em ordens mais altas. Os processos suaves formando estados ligados de quarkonium são descritos em termos do modelo de evaporação de cor (CEM), ou alternativamente através do modelo de interações suaves de cor (SCI) e do modelo da lei das áreas generalizado (GAL). Neste trabalho, calculamos as distribuições em xF e p? para o J= e 0 em hadroprodução em alvo xo e no colisionador p p do Tevatron. Outros observáveis como a seção de choque total para J= , 0 e charme aberto tamb em são reproduzidos. Além disso, extrapolamos os modelos para descrever a produção de J= e no futuro colisionador LHC, onde as taxas de produção de J= estão at e uma ordem de magnitude acima de outra predição da literatura, o qual pode implicar em J= ser um ru do não negligenciável para estudos de violação da simetria CP no LHC. Além disso, com o objetivo de descrever as taxas de produção relativas entre os vários estados de charmonium, desenvolvemos um modelo para o mapeamento do espectro contínuo de massas do par c c produzido perturbativamente, nas ressonâncias de charmonium, onde introduzimos uma correlação entre a massa invariante do par produzido perturbativamente e a massa física do estado de charmonium. Outra abordagem importante ao estudo dos aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD na produção de quarks pesados e o formalismo de fatorização k?, o qual investigamos em processos de fotoprodução de charme e bottom, com ênfase em resultados de um modelo de saturação. Efeitos de evolução DGLAP tamb em são estudados, considerando a derivada da distribuição de glíuons. Analisamos em detalhe seções de choque totais e distribuições em pT , mostrando as regiões de validade de cada descrição. Através do estudo de vários aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD, este trabalho de tese contribui para um melhor entendimento da conexão entre essas duas dinâmicas.

Orientador: Alfredo Pio Noronha Rodrigues Galeão / Banca: Diógenes Galetti / Banca: Brett V. Carlson / Resumo: Utilizamos o modelo hidrodinâmico de emissão contínua de partículas para estudar vários dados experimentais do SPS/CERN. Dados sobre razões de partículas estranhas das colaborações WA85 e WA97 são usados para determinar um conjunto de condições iniciais para o fluxo hidrodinâmico. Testamos a autoconsistência do modelo estudando outros dados experimentais com as mesmas condições iniciais que reproduziram as razões de partículas estranhas. Mostramos que os espectros em massa transversal de NA35, WA85, NA49 e WA97 podem ser bem reproduzidas. A grande vantagem dessa abordagem (além de ser corroborada pelos modelos microscópicos) é que ela pode resolver, de um modo natural, alguns dos problemas enfrentados pelo modelo usual de freeze-out: possíveis altas densidades de partículas, pequena abundância de píons e temperatura incorreta do 'ômega' / Abstract: We use the hydrodynamical model of continuous particle emission to study several ex- perimental data from SPS/CERN. Data on strange particle ratios from WA85 and WA97 Collaborations are used to determine a set of initial conditions for the hydrodynamical flow. We test the self-consistency of the model by studying several other experimental data by using the same initial conditions that reproduce strange particle ratios. We show that the transverse mass spectra from WA35, WA85, NA49 and WA97 can be well repro- duced. We also reproduce particle abundances, including the tt one. The big advantage of this approach (in addition to being corroborated by microscopical models) is that it may solve, in a natural way, some of the problems met by the standard hydrodynamical approach with sudden freeze-out: possible too high densities, too small pion abundance and wrong 'ômega' temperature / Mestre

Neste trabalho de tese investigamos o papel de dinâmica perturbativa e não-perturbativa da Cromodinâmica Quântica, a teoria das interações fortes, em processos de produção de quarks pesados e de quarkonium-estados ligados de um par de quarks pesados. Um aspecto importante na produção de quarks pesados consiste no tratamento de ordens mais altas em QCD perturbativa, que abordamos por meio de elementos de matriz QCD em segunda ordem dominante (NLO) e através de um gerador de eventos Monte Carlo, mais útil fenomenologicamente, onde a produção perturbativa de pares Q Q e obtida utilizando elementos de matriz em ordem dominante e a aproximação de chuveiros partônicos de processos em ordens mais altas. Os processos suaves formando estados ligados de quarkonium são descritos em termos do modelo de evaporação de cor (CEM), ou alternativamente através do modelo de interações suaves de cor (SCI) e do modelo da lei das áreas generalizado (GAL). Neste trabalho, calculamos as distribuições em xF e p? para o J= e 0 em hadroprodução em alvo xo e no colisionador p p do Tevatron. Outros observáveis como a seção de choque total para J= , 0 e charme aberto tamb em são reproduzidos. Além disso, extrapolamos os modelos para descrever a produção de J= e no futuro colisionador LHC, onde as taxas de produção de J= estão at e uma ordem de magnitude acima de outra predição da literatura, o qual pode implicar em J= ser um ru do não negligenciável para estudos de violação da simetria CP no LHC. Além disso, com o objetivo de descrever as taxas de produção relativas entre os vários estados de charmonium, desenvolvemos um modelo para o mapeamento do espectro contínuo de massas do par c c produzido perturbativamente, nas ressonâncias de charmonium, onde introduzimos uma correlação entre a massa invariante do par produzido perturbativamente e a massa física do estado de charmonium. Outra abordagem importante ao estudo dos aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD na produção de quarks pesados e o formalismo de fatorização k?, o qual investigamos em processos de fotoprodução de charme e bottom, com ênfase em resultados de um modelo de saturação. Efeitos de evolução DGLAP tamb em são estudados, considerando a derivada da distribuição de glíuons. Analisamos em detalhe seções de choque totais e distribuições em pT , mostrando as regiões de validade de cada descrição. Através do estudo de vários aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD, este trabalho de tese contribui para um melhor entendimento da conexão entre essas duas dinâmicas.

Heavy-ion collisions are a powerful tool to study hot and dense QCD matter, the so-called Quark Gluon Plasma (QGP). Since heavy quarks (charm and beauty) are dominantly produced in the early stages of the collision, they experience the complete evolution of the system. Measurements of electrons from heavy-flavour hadron decay is one possible way to study the interaction of these particles with the QGP. With ALICE at LHC, electrons can be identified with high efficiency and purity. A strong suppression of heavy-flavour decay electrons has been observed at high $p_{m T}$ in Pb-Pb collisions at 2.76 TeV. Measurements in p-Pb collisions are crucial to understand cold nuclear matter effects on heavy-flavour production in heavy-ion collisions. The spectrum of electrons from the decays of hadrons containing charm and beauty was measured in p-Pb collisions at $\\sqrt = 5.02$ TeV. The heavy flavour decay electrons were measured by using the Time Projection Chamber (TPC) and the Electromagnetic Calorimeter (EMCal) detectors from ALICE in the transverse-momentum range $2 < p_ < 20$ GeV/c. The measurements were done in two different data set: minimum bias collisions and data using the EMCal trigger. The non-heavy flavour electron background was removed using an invariant mass method. The results are compatible with one ($R_ \\approx$ 1) and the cold nuclear matter effects in p-Pb collisions are small for the electrons from heavy-flavour hadron decays. / Colisões de íons pesados relativísticos é uma ferramenta poderosa para se estudar o plasma de quarks e glúons (QGP). Quarks pesados ({\\it charm} e {\\it beauty}) são produzidos nos estágios iniciais da colisão e participam da evolução completa do sistema. Medidas de elétrons provenientes de quarks pesados é uma das possíveis formas de se estudar a interação destas partículas com o QGP. Utilizando o detetor ALICE do LHC, elétrons podem ser identificados com alta eficiência e boa pureza. Uma forte supressão de elétrons provenientes de quarks pesados foi observada em alto $p_$ em colisões de Pb-Pb a 2.76 TeV. Medidas do mesmo observável em colisões p-Pb são cruciais para se entender os efeitos da matéria nuclear fria na produção de tais partículas. O espectro de elétrons provenientes de hádrons que contêm {\\it charm} ou {\\it beauty} foi medido em colisões p-Pb a $\\sqrt = 5.02$ TeV. Os elétrons foram identificados utilizando o {\\it Time Projection Chamber} (TPC) e o {\\it Electromagnetic Calorimeter} (EMCal) do detetor ALICE, no intervalo de momento transversal de $2 < p_ < 20$ GeV/c. As medidas foram realizadas utilizando dois diferentes conjunto de dados: colisões de mínima tendenciosidade ({\\it minimum bias (MB)}) e colisões tomadas utilizando o trigger do EMCal. Os elétrons de fundo foram removidos utilizando um método de massa invariante. Os resultados são compatíveis com a unidade ($R_ \\approx$ 1) e os efeitos da matéria nuclear fria são pequenos para elétrons provenientes de quarks pesados.

Please read the abstract in the section 00front of this document / Dissertation (MSc (Physics))--University of Pretoria, 2007. / Physics / unrestricted

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:02:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9222_1.pdf: 779195 bytes, checksum: 1ff165d01044759c3b3677b289c45f66 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Algumas propriedades da química de quarks podem ser obtidas realizando cálculos ab initio Hartree-Fock para átomos com carga nuclear fracionária e moléculas formadas por estes átomos. Obtivemos o estado fundamental e o primeiro estado excitado para os átomos de sódio, lítio, berílio e magnésio interagentes com quarks. Isto sugere que transições eletrônicas podem ser usadas como guia para detecção de quarks livres. Analisamos a variação da energia de ligação eletrônica com a carga nuclear para as séries isoeletrônicas de átomos com carga nuclear fracionária A±2/3 e A±1/3 (A = H, Li, Na, P and Ca). Isto mostra que partículas de cor não confinadas preferem se ligar a átomos pesados e o par quark-antiquark pode ser estabilizado na presença da matéria atômica

The two neutral kaon states in nature, the 𝘒_𝐿 (long-lived) and 𝘒_s (short-lived) mesons, are the two time-evolution eigenstates of the 𝘒⁰ - 𝘒̅⁰̅ mixing system. The prediction of their mass difference 𝚫m_𝘒 based on the standard model is an important goal of lattice QCD. Non-perturbative formalism has been developed to calculate 𝚫 m_𝘒 and the calculation has been extended from the first exploratory calculation with only connected diagrams to full calculations on near-physical[1] and physical ensembles[2]. In this work, we extend the calculation described in Reference [2] from 59 to 152 configurations and present a new analysis method employed to calculate 𝚫 m_𝘒 with better reduction of statistical error on this larger set of configurations. By using a free-field calculation, we will show that the four-point contractions in our calculation method yields results consistent with the Inami-Lim calculation[3] in the local limit. We also report a series of scaling tests performed on 24³ × 64 and 32³ × 64 lattice ensembles to estimate the size of the finite lattice spacing error in our 𝚫 m_K$ calculation. We will present the 𝚫 m_𝘒 calculation on the ensemble of 64³ × 128 gauge configurations with inverse lattice spacing of 2.36 GeV and physical quark masses obtaining results coming from 2.5 times the Monte Carlo statistics used for the result in [2]. With the new analysis method and estimated finite lattice spacing error, we obtain 𝚫 m_𝘒 = 5.8(0.6)_stat(2.3)_sys × 10¯¹²MeV. Here the first error is statistical and the second is an estimate of largest systematic error due to the finite lattice spacing effects. The new results also imply the validity of the OZI rule for the case of physical kinematics in contrast to the previous calculation of 𝚫 m_𝘒 with unphysical kinematics[1], where contributions from diagrams with disconnected parts are almost half the size of the contributions from fully connected diagrams but with the opposite sign.

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