Neste trabalho investigamos a produçaõ de pares de leptons( lepton-antil epton) em colisões proton-proton e proton-núcleo para energias dos aceleradores Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e Large Hadron Collider (LHC). Estes processos de colisão podem ser dividos entre antes e depois do espalhamento, portanto, pode-se analisar os efeitos de estado inicial e de estado nal. No estado nal do processo de colisão, para os aceleradores aqui apresentados, a quantidade de part culas produzidas e muito grande, de forma que uma part cula produzida no processo de espalhamento, que participe da interação forte, pode interagir com este meio antes de ser detectada. Entretanto, e fundamental uma determinação precisa do estado inicial do processo de colisão para que assim a investigação da produção de particulas no estado nal possa ser realizada. Neste contexto, a produção de pares de leptons (dileptons Drell-Yan) possui grande relevância, tendo em vista que não participa da interaçaõ forte, logo pode ser detectada sem sofrer efeitos de estado nal, carregando informações claras do estado inicial do processo de colisão. Para energias de RHIC e LHC, a densidada de quarks e gl uons nos h adrons colisores e muito grande, de tal forma que efeitos de estado inicial de alta densidade podem ser percebidos na produçaõ de partículas no estado nal. Este e o principal objetivo desta tese, utilizar os dileptons como observ avel para investigar os efeitos de alta densidade, ou seja, efeitos de unitariedade em colis~oes pr oton-pr oton, efeitos de saturação partônica descritos pelo Condensado de Vidros de Cor em colisões próton-núcleo. Além destes efeitos, os efeitos nucleares de baixa densidade, presentes em colisões próton-núcleo, também são investigados. Ou seja, utiliza-se um observável eletromagnético, para investigar as propriedades da QCD em colisões hadrônicas. Mais especi camente, as distribuições de momentum transverso e rapidez são investigadas para energias de RHIC e LHC. A produção de dileptons e calculada utilizando o formalismo de dipolos de cor e tamb em a teoria do Condensado de Vidros de cor. Os resultados obtidos nesta tese mostram a potencialidade deste observ avel para se investigar a QCD de alta densidade e indicam a urgente necessidade de medidas com relação a este observável nos experimentos existentes em colisões hadrônicas para altas energias. / In this work, the lepton pair production (lepton-antilepton) in proton-proton and protonnucleus collisions is investigated for Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC) colliders energies. These collisions processes can be classi ed between before and after the scattergins, therefore, initial and nal states e ects can be analyzed. In the nal stare, for the colliders here presented, the number of produced particles is large, then a particle produced in the scattering process, which interact strogly, could interact with the medium before being detected. However, it is very important to determine the initial state of the collision process, thus to determine the particle production in the nal state. In this context, the lepton pair production (dileptons Drell-Yan), which does not interact strolgly, should carry indisturbed information about the inicial state system of the collision process. For RHIC and LHC, the quarks and gluons hadrons densities in the initial state of the collision processes is large, such that high density initial state e ects should a ect the particle production in the nal state. This is the main goal of this thesis, use the dilepron production to investigate the high density e exts. This implies in to investigate the unitarity e ects in the proton-proton collisions, the Color Glass Condensate in the proton-nucleus collisions. Moreover, the low density e ects in proton-nucleus collisions are under investigation in this thesis. The main point of this thesis, is that a eletromagnetic observable is considered to investigare the properties of the QCD in hadronic collisions. Speci cally, the transverse momentum and the rapidity distributions are investigated. The dilepton production is evaluated by means of the dipole picture and through the Color Glass Condensate theory. The results obtained in this thesis show that dilepton production is an observable that deserves to be measured in the hadronic colliders at high energies, once it carries clear informations about the QCD system at high density.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-03-30Bitstream added on 2014-06-13T20:13:11Z : No. of bitstreams: 1 cirino_mm_me_bauru.pdf: 7880513 bytes, checksum: 90db4c500722605231950129993ca3de (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho procurou identificar como estudantes do Ensino Médio se apropriam de conceitos e elaboram determinados modelos inseridos em Cinética Química, especificamente o modelo cinético de colisão de partículas numa reação (Teoria das Colisões). Esta análise e as reflexõe que a seguiram foram baseadas principalmente nos estudos realizados por Piaget (1975, 1975b, 1977), Piaget & Inhelder (1975, 1977), Jun (2000) e Fischbein (1975). Utilizamos como documentos as transcrições das entrevistas (pré e pós-testes) realizadas individualmente com cada aluno. Inicialmente os estudantes foram entrevistados (pré-testes) com o intuito de identificar a familiaridade com a noção de evento probabilístico ou aleatório. Numa segunda etapa (pós-testes) esse conhecimento (ou a ausência parcial/total dele) foi posto à prova numa tentativa de estabelecer relações com um conteúdo específico da Química (Teoria das Colisões). Os resultados obtidos apontam para grandes discrepâncias entre o modelo cinético de colisões elaborado pelos estudantes e o cientificamente aceito. / The purpose of this work is to contribute for Science teaching making analysis and reflections on the way high school students appropriate the concepts and models related to Chemical Kinetics, mainly particles collisions' kinetics model in chemical reaction (Collision Theory Model). This investigation was based on Piaget and Inhelder' studies (1975), and also on Piaget (1975, 1977), Jun (2000), and Fischbein (1975) works, which have studied the connection between the young students and the probabilistic thinking. The analysis of the document evidences had the aim to evaluate if the students would be able to achieve generalization and develop concepts about Probability Theory. In the second part these concepts or its partial/total lacks were linked with chemical kinetics in attempt to establish relationships between correct explanation of collision kinetic model and the students' failure models. The obtained result points to great misconceptions related to the correct and scientific model and the student's.

Apresentaremos um estudo sobre a produção inclusiva de hádrons em colisões próton-próton (pp), através do espectro pT do momento transverso dos hádrons produzidos. É esperado que em regiões de grande densidade de glúons, que come çam a serem provadas por aceleredores de grande energia, a abordagem tradicional da QCD perturbativa não seja su ciente. Tal regime é caracterizado por fortes campos de cor descritos pela teoria efetiva do condensado de vidro de cor (CGC), mais apropriado neste caso para descrever os observáveis. Consideramos também uma possível extensão do modelo colinear, obtida pela adição de uma distribuição gaussiana inicial, que considera um momento transverso intrínsico anterior à interação dos pártons. Tal abordagem pode corrigir as de ciências do modelo colinear sem que tenhamos que recorrer ao CGC em algumas regiões cinemáticas. O modelo colinear é baseado na consagrada evolução DGLAP das funções de distribuição de pártons, prevendo uma forma de fatorização para calcularmos as seções de choque. Mas, quando consideramos regiões de grande densidade, é provável que outra forma de evolução governe a dinâmica das funções de onda hadrônica, levando estas até um regime saturado. Adentrando nesta região incerta, o modelo de fatorização colinear não é satisfatório e devemos considerar outras formas menos estabelecidas para gerar previsões sobre o espectro pT. Como resultado deste trabalho, comparamos estas abordagens distintas e as confrontamos com dados experimentais do RHIC e LHC. / We present a study of single inclusive hadron production in proton-proton collisions (pp) through the spectra of the transverse moment pT of the produced hadrons. It is expected that in regions of high density of gluons, which begin to be probed by high energy accelerators, the traditional approach of perturbative QCD is not enough. Such a regime is characterized by strong color elds described by the e ective theory of color glass condensate (CGC), more appropriate in this case to describe the observables. We also consider a possible extension of the collinear model, given by the addition of an initial Gaussian distribution, which considers an intrinsic transverse moment prior to the interaction of the partons. Such approach can correct the limitation of the collinear model without having to appeal to CGC in some kinematic regions. The collinear model is based on the established DGLAP evolution of the parton distribution functions, which provides a form of factorization to calculate the cross sections. But when we consider regions of high density, it is likely that another form of evolution governs the dynamics of the hadronic wave functions, guiding them to a saturated regime. Advancing in this uncertain region, the collinear factorization model does not work and we must consider less well-established ways to generate predictions about the pT spectrum. We compare these distinct theoretical approaches and confront their results against the RHIC and LHC data.

Estudos teóricos e experimentais acerca de danos em biomoléculas induzidos pela captura eletrônica em meio biológico têm sido largamente discutidos ao longo da última década. No presente trabalho, abordou-se o problema da captura eletrônica pelo nucleotídeo monofosfato 3\'-dGMP com técnicas de estrutura eletrônica, explorando estados ligados do ânion. Buscou-se investigar o ânion em fase gasosa e em solução aquosa, além de estimar barreiras de energia pontecial e energia livre associadas à sua dissociação (quebra da ligação ribose-fosfato). Utilizando os modelos de solvatação implícita (PCM) e explícita (simulação computacional com o método de Monte Carlo), concluiu-se que, em meio aquoso, o estado fundamental do ânion 3 -dGMP apresenta caráter de valência sobre a base nitrogenada (orbital com ocupação simples), em oposição ao resultado em fase gasosa, que prevê um estado ligado por dipolo. A barreira de dissociação, relativa ao estiramento da ligação entre os grupos ribose e fosfato, foi estimada em 16-30 kcal/mol, dependendo da técnica de solvatação utilizada. / Theoretical and experimental studies on the damage to biomolecules induced by electron attachment in the biological environment have been widely discussed over the past decade. In the present work, we addressed electron capture by the monophosphate nucleotide 3 -dGMP with electronic structure techniques, exploring bound anion states. We have investigated these anion states in gas phase and in aqueous solution, and estimated the potential and free energy barriers related to the dissociation reaction (breakage of the ribose-phosphate bond). Employing implicit (PCM) and explicit (computer simulation with the Monte Carlo method) solvation models, we have concluded that, in aqueous environment, the ground state of the 3-dGMP specie has valence character with the singly occupied molecular orbital localized on the base. In contrast, the gas phase results point out a dipole-bound ground state. The free energy barrier for the dissociation mechanism, according to the present results, would be around 16-30 kcal/mol in aqueous solution, depending on the salvation model.

A física de altas energias, mais especificamente o estudo de colisões entre de íons pesados relativísticos tem como objetivo o estudo do comportamento de quarks e glúons em condições extremas de temperatura, pressão e densidade. Tais condições levam à formação de um novo estado da matéria chamado Plasma de Quarks e Glúons (QGP, do inglês Quark-Gluon Plasma). Medidas de observáveis globais tem sido usadas como uma importante ferramenta para a caracterização desse novo estado. Entre esses observáveis, a energia transversal por unidade de rapidez (dET/dy) das partículas emitidas em uma colisão entre íons pesados pode ser usada como evidência da formação do QGP. Este trabalho propõe um procedimento para obtenção da energia transversal eletromagnética, que é um importante componente da energia transversal total, em colisões Pb-Pb no experimento ALICE no LHC. O estudo foi feito através de simulações de Monte Carlo e validou o procedimento proposto com uma diferença sistemática em função da centralidade em torno de 2%. / High energy physics with heavy ion collisions studies quarks and gluons under extreme conditions of temperature, pressure and density. Such conditions lead to the formation of a new state of matter called the Quark-Gluon Plasma (QGP). The measurement of global observables have been used as an important tool for the characterization of this new state. Among these observables, the transverse energy per unit of rapidity (dET/dy) from particles emitted in a heavy ion collision can be used as evidence of QGP formation. The work proposes a procedure to obtain the transverse electromagnetic energy, an important component of total transverse energy, in Pb-Pb collisions measured by the LHC-ALICE experiment. The study was done using Monte Carlo simulations, and validated the proposed procedure with a systematic difference as function of the centrality around 2%.

Nessa tese serão apresentadas medidas de anisotropia azimutal elíptica de elétrons de decaimentos de quarks pesados feitas no perimento de colisão de íons pesados ALICE (A Large Ion Collider Experiment, em inglês). As medidas foram obtidas em colisões de Pb-Pb com energia de centro de massa por par de nucleons (psNN) igual a 2.76 TeV com o colisor de hadrons LHC (Large Hadron Collider, em inglês). Colisões ultrarelativísticas de íons pesados podem alcançar temperaturas e/ou densidades de energia suficientemente altas para formar o Plasma de Quarks e Gluons (QGP, na sigla em inglês), o estado da matéria onde os partons estão desconfinados dos hadrons. O parâmetro de anisotropia azimutal elíptica é um dos observáveis mais importantes utilizados no estudo da formação do QGP. Esse parâmetro é quantificado pelo segundo harmônico, denominado v2, da distribuição do ângulo azimutal das partículas em relação ao ângulo do plano de reação, o qual é definido pela direção do parâmetro de impacto e pela direção do feixe de partículas. Medidas de anisotropia azimutal elíptica de quarks pesados (charm e beauty) são interessantes, pois os quarks pesados são sondas sensíveis às propriedades do QGP, visto que eles são predominantemente produzidos em processos iniciais de espalhamento duro e interagem com o meio desconfinado. Medidas de v2 de elétrons de decaimentos de quarks pesados em baixos valores de momento transversal indicam movimento coletivo de quarks pesados e possível termalização no QGP. Por outro lado, medidas de v2 de elétrons de decaimentos de quarks pesados em altos valores de momento transversal são interpretadas como uma dependência da geometria do meio por onde os quarks pesados atravessam e perdem energia. Serão mostrados resultados de v2 de elétrons de decaimentos de quarks pesados em função do momento transversal em colisões de Pb-Pb a psNN = 2.76 TeV em eventos com centralidades 20-40% e 30-50%. O resultado é comparado com previsões teóricas e medida obtida em colisões de Au-Au a psNN = 0.2 TeV no experimento RHIC. Resultados preliminares de v2 de elétrons de decaimentos de charm e beauty, separadamente, também serão mostrados em colisões de Pb-Pb a psNN = 2.76 TeV em eventos com centralidade 30-50%. / This thesis presents measurements of the elliptic azimuthal anisotropy of electrons from heavy-flavour decays with the A Large Ion Collider Experiment (ALICE). The measurement is performed for the first time in Pb-Pb collisions at center-of-mass energy per colliding nucleon pair psNN = 2.76 TeV at the Large Hadron Collider (LHC). In heavy-ion collisions at ultrarelativistic energies sufficiently high temperature and/or energy density can be achieved to form the Quark-Gluon Plasma (QGP), the state of matter predicted by Quantum Chromodynamics (QCD) in which quarks and gluons are deconfined from hadrons. One of the most important probes of the QGP formation is the elliptic azimuthal anisotropy, which is quantified by the second harmonic v2 of the particle azimuthal angle distribution with respect to the angle of the reaction plane, which is defined by the impact parameter direction and the beam direction. In addition, heavy quarks (charm and beauty) serve as a sensitive probe of the QGP properties since they are predominantly produced in initial hard scattering processes and interact with the deconfined medium. The transverse momentum dependence of the heavy-flavour decay electron v2 can be used to investigate the QGP properties. The measurement of v2 of electrons from heavy-flavour decays at low transverse momentum provides a way to test whether heavy quarks take part in the collective motion in the medium. Whereas, v2 of electrons from heavy-flavour decays at high transverse momentum is interpreted as a path length dependence of heavy-quark energy loss within the created dense medium. Results of the elliptic azimuthal anisotropy of electrons from heavy-flavour decays as a function of tranverse momentum obtained in 20-40% and 30-50% central Pb-Pb collisions at psNN = 2.76 TeV will be shown. The measurement is compared with theoretical predictions and previous measurement at the RHIC experiment. Preliminary measurements of the elliptic azimuthal anisotropy of electrons from charm and beauty as a function of tranverse momentum in 30-50% central Pb-Pb collisions at psNN = 2.76 TeV will be shown as well.

Neste trabalho são reportadas medidas realizadas no detector PHENIX do RHIC sobre J/Psi em colisões p+p e Au+Au a s^(1/2) = 200 GeV na região de rapidez central e Psi\' em colisões p+p nas mesmas condições. As medidas incluem a dependência com o momento transverso da produção de charmônio e o fator de modificação nuclear de J/Psis para vários regimes de centralidade de colisão. / This work reports measurements done by the PHENIX detector at RHIC about J/Psi in p+p and Au+Au collisions at s^(1/2) = 200 GeV in the mid-rapidity range and Psi\' in p+p collisions in the same conditions. The measurements include the transverse momentum dependence of charmonium production and J/Psi nuclear modification factor in different centrality regimes.

A produção de J/, e 0 em colisões p+p a uma energia no referencial do centro de massa (ps) de 200 GeV foi estudada no Experimento PHENIX no RHIC. A amostra de dados coletada durante o período de aquisição de 2006 permitiu não somente a determinação das seções de choque absolutas, mas também o estudo da polarização de J/, através de seu decaimento no canal de dieltrons em região de rapidez central. As medidas incluem a dependência com o momento transverso e são comparadas com aquelas de outros experimentos em diferentes intervalos de rapidez e energias de colisão, e com previsões teóricas. A medida da polarização de J/, deve trazer limitações aos mecanismos de formação de charmonium e a medida de feed-down de J/, s provenientes de ´ é de importância para o entendimento da produção prompt de J/, assim como para a supressão observada em colisões A+A no RHIC. / The production of J/´psi´e ´psi´collisions at the nucleon center of mass energy ´(s pot.1/2)´ have been studied in the PHENIX Experiment at RHIC. The sample collected during the 2006 data taking period allowed not only the determination of absolute cross sections but also the study of J= polarization through its decays into the dielectron channel at mid rapidity. The measurements include transverse momentum dependence and are compared to that of other experiments in different rapidity ranges and collision energies and to theoretical model predictions. The J= polarization results should provide a constraint on charmonium formation mechanisms and the measurement of the feed down of 0 to J= is of importance for understanding prompt J= production as well as the suppression observed in A+A collisions at RHIC.

O advento dos colisores modernos tem proporcionado novas possibilidades de estudo em física de partículas como, por exemplo, a busca por nova física e o estudo de novos estados da matéria hadrônica. Em particular, em colisões de íons pesados em altas energias, acredita-se que um novo estado da matéria seja formado antes da colisão, o chamado condensado de vidros de cor. Tal estado seria a condição inicial de um plasma de quarks e glúons e é caracterizado por altas densidades de pártons (quarks e glúons). De fato, as equações de evolução da Cromodinâmica Quântica predizem que, para virtualidades moderadas e altas energias, os hádrons se tornam sistemas extremamente densos devido ao crescimento das distribuições de glúons nessas condições. Um crescimento indefinido das distribuições de glúons poderia levar à violação do vínculo de unitariedade. Para evitar essa violação, existe um mecanismo chamado de saturação de pártons o qual contém o crescimento das distribuições de quarks e glúons de forma a respeitar o vínculo de unitariedade. Teoricamente, no limite de altas energias, observa-se que os hádrons são populados especialmente por glúons. Experimentalmente, existem indícios da saturação em colisões ep, pp, pA e AA, contudo, isso ainda é uma questão em aberto. Portanto, no limite de altas densidades, espera- se que a física não linear, a qual leva em conta efeitos de recombinações de glúon, passe a se manifestar. Uma alternativa para o estudo da saturação em colisores hadrônicos são os processos foto-induzidos, os quais ocorrem em interações ultraperiféricas. Em uma colisão ultraperiférica entre dois hádrons, o parâmetro de impacto é maior do que a soma dos raios dos hádrons, de forma que interações fortes são suprimidas. Dessa forma os hádrons atuam como fontes de fótons (quase reais) podendo ocorrer interações fóton-hádron e fóton-fóton. Nesse trabalho estudamos a fotoprodução difrativa de mésons vetoriais em energias do LHC para colisões ultraperiféricas próton-próton, próton-núcleo e núcleo-núcleo e a produção dupla de mésons vetoriais em colisões fóton-fóton e devido ao mecanismo de duplo espalhamento fóton-p(A). Mostramos como esses processos podem ser usados para estudar a física de altas energias e os efeitos de saturação. Os efeitos de saturação em nossos cálculos são levados em conta através do formalismo de dipolo de cor, que é uma das ferramentas básicas usadas nessa tese. O tratamento de colisões ultraperiféricas hádron-hádron foi feito com a aproximação de fótons equivalentes que assim como o formalismo de dipolo, foi extensamente usada. Nossos resultados apontam que o estudo fenomenológico e experimental dos tipos de processos citados acima são factíveis e podem ser usados para vincular a dinâmica da QCD em altas energias. / The advent of the modern colliders has provided new possibilities of study in particle physics as, for example, the search for new physics and the study of new states of the hadronic matter. In particular, in high energy heavy ion collisions is expected that a new state can be formed before the collision, the so called Color Glass Condensate. This state would be the initial condition of the Quark Gluon Plasma and is characterized by high parton (quarks and gluons) densities. Indeed, the Quantum Chromodynamics evolution equations predict that, for moderate virtualities and high energies, the hadrons become extremely dense systems due to the growth of the parton distribution in these conditions. An indefinite growth of the parton distributions could lead to the violation of the unitarity bound. To avoid this violation, there is a mechanism called parton saturation which tames the growth of the parton distributions to satisfy the unitarity bound. Theoretically, in the high energy limit, one can see that the hadrons are populated mainly by gluons. Experimentally, there are indications of the saturation in ep, pp, pA and AA collisions, however, this is an open question. So, in the high density limit, we expect that the nonlinear physics, which takes into account gluon recombination effects start to manifest itself. An alternative for the study of the saturation at hadronic colliders are the photon-induced processes, which occurs in ultra-peripheral collisions. In a ultra-peripheral collision between two hadrons the impact parameter is greater than the sum of the radii of the hadrons, so the strong interaction is suppressed. Thus, the hadrons act as sources of (almost real) photons and may occur photon-hadron and photon-photon interactions. In this work we study the diffractive photoproduction of vector mesons at LHC and future colliders energies in ultra-peripheral proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions and the double vector meson production in photon-photon collisions and due to the double photon-p(A) scattering mechanism. We show how these processes can be used to study the high energy physics and the saturation effects. These effects are considered in our calculations through the color dipole formalism, which is one of the basic tools used in this thesis. The treatment of the ultra-peripheral hadron-hadron collisions was done through the equivalent photon approximation that just as in the dipole formalism, was widely used. Our results point that the phenomenological and experimental studies of the processes cited above are feasible and can be used to constraint the QCD dynamics in high energies.

Este trabalho relata o processo de fotoionização associativa em átomos ultrafrios de sódio confinados por uma armadilha magneto-óptica. O comportamento da constante de reação Kpai é medido em função da intensidade dos feixes de aprisionamento, também em função da freqüência de um segundo laser. Este estudo mostrou que fotoionização ocorre em um processo de várias etapas e mostrou a importância da emissão espontânea em colisões ultrafrias. Nós confirmamos experimentalmente pela primeira vez o processo de blindagem óptica, o qual evita a interação dos átomos com a luz incidente. O entendimento deste processo é relevante se desejar-se aumentar o número e a densidade das amostras atômicas aprisionadas. / This works reports on the photo-associative ionization process in ultracold sodium atoms confined in a magneto optical trap. The behavior of the rate constant Kpai is measured as a function of the trapping beams intensity, and as a function of the frequency of a second laser. This study showed that photo-associative ionization occurs in a multi-step process and also showed the importance of spontaneous emission in ultracold collisions. We experimentally confirmed for the first time the Optical Shielding process which prevents atoms from approaching due to repulsive states induced by the interaction of the atoms with the incident light. The understanding of this process is relevant if one intends to increase the number and density of trapped atomic samples.