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.

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.

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.

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).

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.

Orientador: Jun Takahashi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:49:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_RafaelDerradide_D.pdf: 5902855 bytes, checksum: ef026256d77f665d1d9d346c08ad7ec8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nas colisões nucleares relativísticas, devido ao comportamento coletivo do sistema, é esperado que a anisotropia espacial inicial da região de uperposição entre os núcleos incidentes seja convertida em uma anisotropia final na distribuição de momento das partículas produzidas. Em particular, o coeficiente de fluxo elíptico, dado pelo segundo harmônico (v2) da decomposição de Fourier da distribuição azimutal das partículas finais produzidas, é um observável sensível à anisotropia geométrica inicial. Neste trabalho, estudamos o comportamento do coeficiente v2 obtido a partir de eventos gerados com o código de evolução hidrodinâmica NeXSPheRIO simulando colisões Au+Au a (SNN)1/2 = 200 GeV. O NeXSPheRIO permite o controle da condição inicial, da evolução hidrodinâmica e gera as partículas finais como em um evento real. Portanto, foi possível aplicar as mesmas técnicas de análise de dados utilizadas experimentalmente. Estudamos os efeitos de flutuações na condição inicial no observável v2 e testamos alguns observáveis experimentais propostos que seriam sensíveis a estas flutuações. Como os observáveis também são sensíveis a outros tipos de correlações, geralmente chamadas de non-flow, e considerando que a maior contribuição pode vir de jatos de partículas gerados nessas colisões, estudamos os efeitos de jatos nesses observáveis. Construímos um modelo simplificado de duas componentes a partir da superposição de eventos NeXSPheRIO, com eventos de colisões p+p produzidos pelo gerador de eventos Pythia. Resultados deste modelo descrevem melhor a dependência de v2 com o momento transversal quando comparados com dados experimentais. Determinamos também que, ao contrário do que se esperava, os observáveis sensíveis à flutuação na condição inicial são pouco afetados pela inclusão dos jatos. Este resultado sugere que os efeitos de non-flow, como considerados aqui, são desprezíveis nas medidas de flutuações de v2, indicando que os resultados obtidos pelos experimentos sejam dominados pelas flutuações da condição inicial / Abstract: Due to the collective behavior of the system created in relativistic nuclear collisions, it is expected that the initial spatial anisotropy of the overlap region between the two incoming nuclei converts into an anisotropy of the momentum distribution of the outgoing particles. In particular, the elliptic flow coefficient, which is given by the second harmonic (v2) of the Fourier decomposition of the final particle azimuthal distribution, is an observable sensitive to the initial geometric anisotropy. In this work, we studied the behavior of the elliptic flow coefficient obtained from events generated using the hydrodynamic-based code NeXSPheRIO for Au+Au collisions at (SNN)1/2= 200 GeV. The NeXSPheRIO code allows the control of the initial condition, the hydrodynamic evolution and produces the outgoing particles just like in a real event. Therefore, it was possible to apply the same data analysis techniques used experimentally. We studied the effects of initial condition fluctuations on flow observables and tested some experimental observables thought to be sensitive to the fluctuations. Since these observables are also sensitive to other types of correlations, usually referred to as non-flow, and considering that the major contribution to them may come from jets of particles generated in the collision, we also studied the effects of jets on these observables. A simplified two-component model was built by superimposing events produced with the NeXSPheRIO code and p+p collision events produced with the Pythia event generator. Results from our model present a better description of the ?2 dependence with transverse momentum when compared to experimental data. Also, opposite to what was expected, the observables sensitive to the fluctuations are not much sensitive to the inclusion of jets. This result may suggest that the contribution of non-flow, as considered here, is negligible in the observed flow fluctuations measurement, which indicates that the values observed in the experiments are mainly dominated by fluctuations from the initial condition / Doutorado / Física / Doutor em Ciências