Apresentamos um estudo teórico/fenomenológico baseado em QCD perturbativa para as funções de estrutura em interações neutrino-nucleon no espalhamento profundamente inelástico de corrente carregada usando o formalismo de dipolos de cor. Para este fim, estendemos para o setor eletrofraco as abordagens teóricas atuais deste formalismo, as quais descrevem o processo de espalhamento profundamente inelástico em reações lépton-hádron. As predições teóricas são comparadas com os resultados experimentais disponíveis na região de altas energias. Em particular, o comportamento das funções de estrutura na virtualidade do bóson e o papel exercido pelas correções de sombreamento nuclear são investigados, mostrando que a seção de choque neutrino-hádron em altas energias exibe a propriedade de escalamento geométrico como nos processos lépton-hádron. Além disso, investigamos os processos de difraçaõ dura em reações próton-próton (antipróton) dando destaque para a produção difrativa do bóson de gauge massivo W, calculando sua seção de choque utilizando a fatorização de Regge. Para este fim, consideramos as funções recentes para a distribuição de pártons no Pomeron e levamos em consideraçãoo fator de probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (correções de múltiplos espalhamentos). Com isso, realizamos estimativas teóricas para a fração de produção difrativa de W± com as energias do acelerador Fermilab-Tevatron (√s ≃ 2 TeV), cujos resultados para os valores utilizados mostram um bom acordo com os resultados experimentais. Além disso, realizamos predições para o futuro colisor Large Hadron Collider (LHC, √s = 14 TeV). A utilização deste fator de correção para o cálculo de produção de W± é a nossa principal contribuição para a Fenomenologia da Física de Partículas de Altas Energias. / A perturbative QCD analysis of the neutrino-hadron structure functions in charged current reactions is presented using the color dipole formalism. We extend the formalism to the electroweak sector, considering the recent phenomenological/theoretical studies in deep inelastic lepton-hadron inclusive production (DIS). The theoretical predictions are compared to the available experimental results in the high-energy region. In particular, the behaviour of the structure functions on the boson virtuality and the role played by the nuclear shadowing corrections are investigated. It is demonstrated that high-energy neutrino-hadron cross sections exhibit geometric scaling property as in lepton-hadron case. Moreover, the hard diffractive processes in proton-proton (antiproton) collisions are investigated, in particular the diffractive W± production. It is computed using Regge factorization approach, considering recent parton distributions functions in the Pomeron and taking into account survival probability gap factor (multiple scattering corrections). The theoretical estimates are performed for the energies of Fermilab-Tevatron (√s ≃ 2 TeV). In addition, predictions for the future Large Hadron Collider (LHC, √s = 14 TeV) are presented. The use of probability survival rapidty gap is the principal contribution to analysis of W± cross sections production in the High Energy Phenomenology.

Neste trabalho apresentamos medidas de perfil de distribuição de ions para uma série de elementos (29‘Zi;:.03) implantados a diversas energias entre 10 a 390 keV em Silicio amorfo. Estas medidas são comparadas com os novos cálculos de Biersack e Ziegler. Para altas energias (E>70 keV) observa-se que as predições teóricas apresentam boa concordância com os dados experimentais. Nas energias mais baixas encontramos diversos casos onde as medidas são fortemente subestimadas pelos cálculos. Mostramos que tais diferenças podem ser atribuídas ao recentemente observado efeito Zl para Oscilações em Alcance de Tons. Os dados experimentais são analisados comparando-os com cálculos de alcance baseados em simulações de uma diminuição da energia de interação durante as colisões atómicas de baixas energias. Esta aproximação é fenomenologicamente relacionada com modificações nas distribuições de carga durante as colisões. Os resultados obtidos apresentam uma melhor concordância com nossos dados experimentais e com a grande maioria dos dados de alcances de baixas energias em alvos de Sillco existentes na literatura. / In this work we present range profile measurements for a series of elements (2W,Z1 83) implanted from 10 to 390 keV in amorphous silicon. These measurements are compared with the recent Biersack-Ziegler calculations. While the theoretical predictions are in good agreement with the high energy (E>70 keV) range data, the low energy results for several elements are strongly under-estimated by the calculations. We show explicitly that these differences are ascribed to the recent observed Z1-Range-Oscillation effect. We perform range calculations simulating a decrease of the elastic interaction at low energies. This approach is phenomenologically related with modifications of the charge distribution during the collisions. The results obtained show a better agreement between the calculations and the great majority of the existing low energy experimental ranges in silicon substract.

Numa colisão hadrônica em altas energias, a densidade de quarks e glúons dentro do hádron cresce rapidamente, o que leva também ao crescimento das seções de choque. Esse comportamento, previsto pela Cromodinâmica Quântica (QCD), foi revelado experimentalmente pela primeira vez através das medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) elétron-próton, o processo mais simples que descreve as propriedades da QCD no regime de altas energias. No formalismo de dipolos, as seções de choque do DIS podem ser expressas em termos da amplitude de espalhamento dipolo-próton, cuja evolução com a energia é descrita pela QCD perturbativa por meio de equações de evolução não-lineares. A mais simples dessas equações é a equação de Balitsky-Kovchegov (BK), que consiste em uma aproximação de campo médio das equações de Balitsky-JIMWLK e cujas principais propriedades são extraídas no espaço de momentum. A partir dessas propriedades, desenvolvemos o modelo AGBS para a amplitude de espalhamento dipolo-próton no espaço de momentum. Esse modelo fenomenológico é utilizado para descrever medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) da função de estrutura do próton F2. A descrição dos dados mais recentes do DIS é realizada através do procedimento de ajuste e inclui a contribuição de quarks pesados. Uma análise similar, usando o mesmo modelo e o mesmo conjunto de dados de F2, inclui o efeito das flutuações no número de glúons, cuja importância foi descoberta apenas recentemente. Devido à complexidade das equações da QCD para as amplitudes, alguns modelos simples de partículas têm sido desenvolvidos com o objetivo de compreender melhor a evolução e o espalhamento na QCD em altas energias. Na segunda parte da tese, desenvolvemos um desses modelos, um modelo estocástico (1+1)-dimensional, que reproduz a evolução e espalhamento na QCD em altas energias, no caso com parâmetro de impaco fixo. Uma das dimensões corresponde à rapidez, enquanto a outra corresponde ao logaritmo do inverso do tamanho transversal de um dipolo. O modelo exibe um mecanismo de saturação similar à saturação gluônica na QCD, assim como todas as características qualitativas esperadas na QCD, tanto em relação aos aspectos de campo médio como aos efeitos de flutuações com parâmetro de acoplamento fixo. O modelo se encontra na classe de universalidade do processo de reação-difusão, como também esperado para a QCD. As equações de evolução para as amplitudes geradas por este modelo aparecem como uma extensão natural das equações Balitsky-JIMWLK da QCD, nas quais o alvo e o projétil são tratados simetricamente. / In a high energy hadron collision the density of quarks and gluons inside the hadron grows fast , which leads to the growth of the cross sections. This behaviour, predicted by Quantum Chromodynamics (QCD), was experimentally revealed for the first time through the measurements of electron-proton deep inelastic scattering (DIS), the simplest process which describes the properties of QCD in the high energy regime. Within the dipole picture, the DIS cross sections can be expressed in terms of the dipoleproton scattering amplitude, whose evolution with energy is described by perturbative QCD through nonlinear evolution equations. The simplest of them is the Balitsky-Kovchegov (BK) equation, which consists in a mean field approximation of the Balitsky-JIMWLK equations and whose main properties are extracted in momentum space. From these properties, we develop the AGBS model for the dipole-proton scattering amplitude in momentum space. This phenomenological model is used to describe measurements of deep inelastic scattering (DIS) of the F2 proton structure function. The description of the most recent DIS data is done by the fitting procedure and includes heavy quark contribution. A similar analysis, using the same model and the same data set, includes the effect of the gluon number fluctuations, whose importance has been only recently discovered. Because of the complexity of the QCD equations for the amplitudes, some simple particle models have been developed aiming to better understand the evolution and scattering in QCD at high energies. In the second part of the thesis, we develop one of these models, a (1+1)-dimensional stochastic model, which reproduces the QCD evolution and scattering at high energies at fixed impact parameter. One of the dimensions corresponds to rapidity, while the another corresponds to the logarithm of the inverse of the size of a dipole. The model exhibits a saturation mechanism similar to the gluon saturation in QCD, as well as all the qualitative features expected in QCD, concerning both mean field aspects and the effects of fluctuations at fixed coupling. The model appears to be in the universality class of the reaction-diffusion process, as also expected for QCD. The evolution equations for the amplitudes generated by the model appear a natural extension of the QCD Balitsky- JIMWLK equations, in which the target and the projectile are symmetrically treated.

O formalismo de reações quase-livres (p,2p) com prótons incidentes polarizados, sugere a possibilidade de medir o acoplamento spin-órbita dos prótons nucleares. A idéia se apóia na existência de uma polarização efetiva dos prótons nucleares devido ao acoplamento spin-órbita e na forte dependência das secções de choque próton-próton livres, a médias energias, com respeito à orientação relativa dos spins das partículas. Uma avaliação quantitativa baseada num modelo simples para reações quase-livres coplanares e assimétricas no 16O, com prótons incidentes polarizados a 215 MeV, confirma essa expectativa. São obtidas polarizações efetivas, distribuições de momentum distorcidas e secções de choque de correlação para os estados 1p1/2 , 1p3/2 e 1s1/2 do 16O, usando prótons incidentes totalmente polarizados nos dois sentidos perpendiculares ao plano de espalhamento. Para determinar as grandezas acima, são utilizadas funções de onda geradas por potenciais oscilador harmônico e poço quadrado, sendo os potenciais óticos puramente imaginários e independentes de spin. Os resultados confirmam a possibilidade de investigar o acoplamento spin-órbita dos prótons nucleares, bem como permitem propor alguns testes para as aproximações envolvidas no formalismo, como a aproximação de impulso com ondas distorcidas. Acreditamos que, embora nesse trabalho os potenciais óticos levem em consideração apenas a absorção, tornou-se claro que as reações quase-livres com prótons polarizados poderão, num futuro próximo, dar informações sobre o acoplamento spin-órbita, que é praticamente desconhecido para as camadas mais internas. / The formalism of quasi-free (p,2p) reactions with polarized protons suggests the possibility of measuring the spin-orbit coupling of nuclear protons. The idea is to make use of the strong effective polarization of the knocked-out proton by the spin-orbit coupling and of the strong dependence of the free, medium energy, proton-proton cross section on the relative orientation of the proton spins. This possibility is confirmed by a quantitative evaluation, based on a simple model for spin-free coplanar and asymmetric reactions in 16O, for 215 MeV incoming polarized protons. Effective polarizations, momentum distributions and correlation cross sections have been calculated for the 1p 1/2 , 1p3/2 and 1s1/2 states in 16O, using protons totally polarized orthogonal to the scattering plane. Harmonic oscillator and square wells have been used to generate the bound state wave functions, whereas the optical potentials have been taken spin-independent and purely imaginary. The results confirm the possibility to investigate the spin-orbit coupling of nuclear protons, as well as allow for certain tests of the involved approximations of the formalism, as the distorted wave impulse approximation. We believe that, although in this work the optical potentials are only absorptive, it has become clear that quasi-free scattering with polarized protons could in the near future give information on the spin-orbit coupling, which is practically unknown for inner shells.

Distribuições de momentum distorcidas do reações (p,2p) em 016 são calculadas com um potencial de distorção complexo “consistente” com a distribuiçãode densidade dos nucleons no núcleo. São utilizados dois conjuntos de funções de onde nucleônicas; funções de onda de poço quadrado e de oscilador harmônico. Comparações com cálculos convencionais em que se utilizam potenciais óticos equivalentes nas “não-consistentes”, mostram diferenças apreciáveis. Os resultados indicam que a descrição teórica de distorção das ondas que representam as partículas incidente e emergentes deve ser melhorada antes de ser possível chegar a conclusões sobre detalhes de modelos através de experiências de espelhamento quase-livre. Acreditamos que o emprego de um potencial ótico “consistente” é um passo importante neste sentido. / Distorted momentum distributions of (p,2p) reactions in 016 are calculated with a complex distorting potential “consistente” with the nucleon density distribution in the nucleus, Two diferente sets of nucleon-wave functions are used; square well and harmonic oscllator wave functions. A comparison with conventional calculations using equivalemt but “non-consistent” optical potentials shows considerable differences. Results indicate that the theoretical description of distortion of waves which represent the incoming and outgoing particles has to be improved before reliable conclusions on details of nuclear models can be drawn from quasi-free scattering experiments, We believe that use of “consistent” optical potentials is an important step in this direction.

Neste trabalho apresentamos medidas de perfil de distribuição de ions para uma série de elementos (29‘Zi;:.03) implantados a diversas energias entre 10 a 390 keV em Silicio amorfo. Estas medidas são comparadas com os novos cálculos de Biersack e Ziegler. Para altas energias (E>70 keV) observa-se que as predições teóricas apresentam boa concordância com os dados experimentais. Nas energias mais baixas encontramos diversos casos onde as medidas são fortemente subestimadas pelos cálculos. Mostramos que tais diferenças podem ser atribuídas ao recentemente observado efeito Zl para Oscilações em Alcance de Tons. Os dados experimentais são analisados comparando-os com cálculos de alcance baseados em simulações de uma diminuição da energia de interação durante as colisões atómicas de baixas energias. Esta aproximação é fenomenologicamente relacionada com modificações nas distribuições de carga durante as colisões. Os resultados obtidos apresentam uma melhor concordância com nossos dados experimentais e com a grande maioria dos dados de alcances de baixas energias em alvos de Sillco existentes na literatura. / In this work we present range profile measurements for a series of elements (2W,Z1 83) implanted from 10 to 390 keV in amorphous silicon. These measurements are compared with the recent Biersack-Ziegler calculations. While the theoretical predictions are in good agreement with the high energy (E>70 keV) range data, the low energy results for several elements are strongly under-estimated by the calculations. We show explicitly that these differences are ascribed to the recent observed Z1-Range-Oscillation effect. We perform range calculations simulating a decrease of the elastic interaction at low energies. This approach is phenomenologically related with modifications of the charge distribution during the collisions. The results obtained show a better agreement between the calculations and the great majority of the existing low energy experimental ranges in silicon substract.

O formalismo de reações quase-livres (p,2p) com prótons incidentes polarizados, sugere a possibilidade de medir o acoplamento spin-órbita dos prótons nucleares. A idéia se apóia na existência de uma polarização efetiva dos prótons nucleares devido ao acoplamento spin-órbita e na forte dependência das secções de choque próton-próton livres, a médias energias, com respeito à orientação relativa dos spins das partículas. Uma avaliação quantitativa baseada num modelo simples para reações quase-livres coplanares e assimétricas no 16O, com prótons incidentes polarizados a 215 MeV, confirma essa expectativa. São obtidas polarizações efetivas, distribuições de momentum distorcidas e secções de choque de correlação para os estados 1p1/2 , 1p3/2 e 1s1/2 do 16O, usando prótons incidentes totalmente polarizados nos dois sentidos perpendiculares ao plano de espalhamento. Para determinar as grandezas acima, são utilizadas funções de onda geradas por potenciais oscilador harmônico e poço quadrado, sendo os potenciais óticos puramente imaginários e independentes de spin. Os resultados confirmam a possibilidade de investigar o acoplamento spin-órbita dos prótons nucleares, bem como permitem propor alguns testes para as aproximações envolvidas no formalismo, como a aproximação de impulso com ondas distorcidas. Acreditamos que, embora nesse trabalho os potenciais óticos levem em consideração apenas a absorção, tornou-se claro que as reações quase-livres com prótons polarizados poderão, num futuro próximo, dar informações sobre o acoplamento spin-órbita, que é praticamente desconhecido para as camadas mais internas. / The formalism of quasi-free (p,2p) reactions with polarized protons suggests the possibility of measuring the spin-orbit coupling of nuclear protons. The idea is to make use of the strong effective polarization of the knocked-out proton by the spin-orbit coupling and of the strong dependence of the free, medium energy, proton-proton cross section on the relative orientation of the proton spins. This possibility is confirmed by a quantitative evaluation, based on a simple model for spin-free coplanar and asymmetric reactions in 16O, for 215 MeV incoming polarized protons. Effective polarizations, momentum distributions and correlation cross sections have been calculated for the 1p 1/2 , 1p3/2 and 1s1/2 states in 16O, using protons totally polarized orthogonal to the scattering plane. Harmonic oscillator and square wells have been used to generate the bound state wave functions, whereas the optical potentials have been taken spin-independent and purely imaginary. The results confirm the possibility to investigate the spin-orbit coupling of nuclear protons, as well as allow for certain tests of the involved approximations of the formalism, as the distorted wave impulse approximation. We believe that, although in this work the optical potentials are only absorptive, it has become clear that quasi-free scattering with polarized protons could in the near future give information on the spin-orbit coupling, which is practically unknown for inner shells.

Distribuições de momentum distorcidas do reações (p,2p) em 016 são calculadas com um potencial de distorção complexo “consistente” com a distribuiçãode densidade dos nucleons no núcleo. São utilizados dois conjuntos de funções de onde nucleônicas; funções de onda de poço quadrado e de oscilador harmônico. Comparações com cálculos convencionais em que se utilizam potenciais óticos equivalentes nas “não-consistentes”, mostram diferenças apreciáveis. Os resultados indicam que a descrição teórica de distorção das ondas que representam as partículas incidente e emergentes deve ser melhorada antes de ser possível chegar a conclusões sobre detalhes de modelos através de experiências de espelhamento quase-livre. Acreditamos que o emprego de um potencial ótico “consistente” é um passo importante neste sentido. / Distorted momentum distributions of (p,2p) reactions in 016 are calculated with a complex distorting potential “consistente” with the nucleon density distribution in the nucleus, Two diferente sets of nucleon-wave functions are used; square well and harmonic oscllator wave functions. A comparison with conventional calculations using equivalemt but “non-consistent” optical potentials shows considerable differences. Results indicate that the theoretical description of distortion of waves which represent the incoming and outgoing particles has to be improved before reliable conclusions on details of nuclear models can be drawn from quasi-free scattering experiments, We believe that use of “consistent” optical potentials is an important step in this direction.

Propomos um processo alternativo para a produção difrativa do bóson de Higgs inspirado no Modelo KMR. Neste modelo, exploramos a produção do bóson de Higgs através da interação γ*p em alta energia importando do Modelo KMR a proposta de Troca Dupla de Pomerons entre as partículas do espalhamento. Em ordem dominante, modelamos esta interação através da troca de glúons, como o Pomeron da QCD. Utilizando este vértice de produção, inserimos os fatores de forma de Sudakov a fim de suprimir a emissões de glúons por bremsstrahlung. Com isso, aplicamos este modelo para interações γp, subprocesso de interesse para o estudo de produção em colisões periferais entre prótons. Neste sentido, estimamos a seção de choque de produção do bóson de Higgs para energia de Tevatron e LHC, comparando diversas opções de distribuições de glúons no próton. Através destes resultados efetuamos uma comparação com aqueles obtidos previamente pelo Modelo KMR. Como resultado, observamos um comportamento distinto daquele observado no Modelo KMR, mostrando um crescimento da seção de choque com a massa do bóson de Higgs. Pela ação dos fatores de forma de Sudakov, este crescimento é saturado em um determinado valor de massa dependendo da energia de centro-de-massa do processo. No intervalo de massa onde se espera observar o bóson de Higgs, a taxa de eventos do processo γp se mostrou superior aquela observada no Modelo KMR. / We propose an alternative process for the diffractive Higgs boson production inspired in the KMR Model. In this model, we explore the Higgs boson production through the γ∗p interaction in the high-energy limit, importing from the KMR Model the proposal of Double Pomeron Exchange between the scattering particles. In leading order, we shape this interaction through gluon exchange, as the QCD Pomeron. Utilizing this production vertex, we insert the Sudakov form factors to supress the bremsstrahlung gluon emission. Therefore, we apply this model do γp interactions, a subprocess of interest in the study of peripheral collisions beetwen protons. In this sense, we estimate the production cross section of the Higgs boson for energies of Tevatron and LHC, comparing several options of parton distributions in the proton. Thus, through this results we make a comparison with those obtained previously with the KMR model. As a result, we observe a distinct behavior as those observed in the KMR model, showing a growth of the cross section with the mass of the Higgs boson. With the action of the Sudakov form factors this growth is saturated at a determined value of mass depending of the center-of-mass energy of the process. In the range of mass where the observation of the Higgs boson is expected the event rate of the γp process showed a greatest value those observed in the KMR model.

Apresentamos um estudo teórico/fenomenológico baseado em QCD perturbativa para as funções de estrutura em interações neutrino-nucleon no espalhamento profundamente inelástico de corrente carregada usando o formalismo de dipolos de cor. Para este fim, estendemos para o setor eletrofraco as abordagens teóricas atuais deste formalismo, as quais descrevem o processo de espalhamento profundamente inelástico em reações lépton-hádron. As predições teóricas são comparadas com os resultados experimentais disponíveis na região de altas energias. Em particular, o comportamento das funções de estrutura na virtualidade do bóson e o papel exercido pelas correções de sombreamento nuclear são investigados, mostrando que a seção de choque neutrino-hádron em altas energias exibe a propriedade de escalamento geométrico como nos processos lépton-hádron. Além disso, investigamos os processos de difraçaõ dura em reações próton-próton (antipróton) dando destaque para a produção difrativa do bóson de gauge massivo W, calculando sua seção de choque utilizando a fatorização de Regge. Para este fim, consideramos as funções recentes para a distribuição de pártons no Pomeron e levamos em consideraçãoo fator de probabilidade de sobrevivência da lacuna de rapidez (correções de múltiplos espalhamentos). Com isso, realizamos estimativas teóricas para a fração de produção difrativa de W± com as energias do acelerador Fermilab-Tevatron (√s ≃ 2 TeV), cujos resultados para os valores utilizados mostram um bom acordo com os resultados experimentais. Além disso, realizamos predições para o futuro colisor Large Hadron Collider (LHC, √s = 14 TeV). A utilização deste fator de correção para o cálculo de produção de W± é a nossa principal contribuição para a Fenomenologia da Física de Partículas de Altas Energias. / A perturbative QCD analysis of the neutrino-hadron structure functions in charged current reactions is presented using the color dipole formalism. We extend the formalism to the electroweak sector, considering the recent phenomenological/theoretical studies in deep inelastic lepton-hadron inclusive production (DIS). The theoretical predictions are compared to the available experimental results in the high-energy region. In particular, the behaviour of the structure functions on the boson virtuality and the role played by the nuclear shadowing corrections are investigated. It is demonstrated that high-energy neutrino-hadron cross sections exhibit geometric scaling property as in lepton-hadron case. Moreover, the hard diffractive processes in proton-proton (antiproton) collisions are investigated, in particular the diffractive W± production. It is computed using Regge factorization approach, considering recent parton distributions functions in the Pomeron and taking into account survival probability gap factor (multiple scattering corrections). The theoretical estimates are performed for the energies of Fermilab-Tevatron (√s ≃ 2 TeV). In addition, predictions for the future Large Hadron Collider (LHC, √s = 14 TeV) are presented. The use of probability survival rapidty gap is the principal contribution to analysis of W± cross sections production in the High Energy Phenomenology.