<p>Heavy flavor hadrons serve as valuable probes of the transport properties of the quark-gluon plasma (QGP) created in relativistic heavy-ion collisions. In this dissertation, we introduce a comprehensive framework that describes the full-time evolution of heavy flavor in heavy-ion collisions, including its initial production, in-medium evolution inside the QGP matter, hadronization process from heavy quarks to their respective mesonic bound states and the subsequent interactions between heavy mesons and the hadron gas.</p><p>The in-medium energy loss of heavy quarks is studied within the framework of a Langevin equation coupled to hydrodynamic models that simulate the space-time evolution of the hot and dense QGP matter. We improve the classical Langevin approach such that, apart from quasi-elastic scatterings between heavy quarks and the medium background, radiative energy loss is incorporated as well by treating gluon radiation as a recoil force term. The subsequent hadronization of emitted heavy quarks is simulated via a hybrid fragmentation plus recombination model. The propagation of produced heavy mesons in the hadronic phase is described using the ultra-relativistic quantum molecular dynamics (UrQMD) model. Our calculation shows that while collisional energy loss dominates the heavy quark motion inside the QGP in the low transverse momentum (pT) regime, contributions from gluon radiation are found to be significant at high pT. The recombination mechanism is important for the heavy flavor meson production at intermediate energies. The hadronic final state interactions further enhance the suppression and the collective flow of heavy mesons we observe. Within our newly developed framework, we present numerical results for the nuclear modification and the elliptic flow of D mesons, which are consistent with measurements at both the CERN Large Hadron Collider (LHC) and the BNL Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC); predictions for B mesons are also provided.</p><p>In addition, various transport properties of heavy quarks are investigated within our numerical framework, such as the thermalization process of heavy quarks inside the QGP, and how the initial configuration of the QGP as well as its properties affect the final state spectra and the elliptic flow of heavy mesons and their decay electrons. The effects of initial state fluctuations in heavy-ion collisions are also studied and found to enhance the heavy quark energy loss in a (2+1)-dimensional boost invariant scenario. Furthermore, a new set of observables -- heavy-flavor-tagged angular correlation functions -- are explored and found to be potential candidates for distinguishing different energy loss mechanisms of heavy quarks inside the QGP.</p> / Dissertation

L'objet de cette thèse est l'étude de l'asymptotique des collisions rasantes pour les équations de Kac et de Boltzmann ainsi que l'étude de la propagation du chaos pour l'équation de Keller-Segel dans un cadre sous-critique à l'aide d'équations différentielles stochastiques non linéaires. Le premier chapitre est consacré 'a l'équation de Kac avec un potentiel Maxwellien. Nous commençons par donner une vitesse de convergence explicite (que l'on pense être optimale) dans le cadre de l'asymptotique des collisions rasantes. Puis nous approchons la solution de l'équation de Kac dans le cadre général, ce qui nous permet de montrer la propagation du chaos pour un système de particules vers cette dernière de manière quantitative. Dans le deuxième chapitre, nous étudions l'asymptotique des collisions rasantes pour l'équation de Boltzmann avec des potentiels mous et de Coulomb. Nous donnons là encore des vitesses de convergence explicites (mais non optimales).Enfin dans le troisième et dernier chapitre, nous montrons la propagation du chaos pour l'équation de Keller-Segel dans un cadre sous-critique. Pour cela, nous utilisons des arguments de compacité (tension du système de particules)

The research presented in this thesis was carried out as part of a collaboration between the groups of Dr Tanja van Mourik at the School of Chemistry, University of St Andrews and Professor Jonathan Tennyson at the Department of Physics and Astronomy at University College London. This thesis presents State-Averaged Complete Active Space Self Consistent Field (SA-CASSCF) calculations on nucleic acid bases, deoxyribose and phosphoric acid H₃PO₄). In the case of uracil, for comparison, Multireference Configuration Interaction calculations were also performed. The SA-CASSCF orbitals were subsequently used in R-matrix electron scattering calculations using the close-coupling model. Of major importance for obtaining accurate SA-CASSCF results is the choice of the active space and the number of calculated states. Properties such as the electronic energy, number of configurations, excitation energy and dipole moment were considered in the choice of active space. Electron-collision calculations were performed on two of the most stable isomers of phosphoric acid, a weakly dipolar form with all OH groups pointing up and a strongly dipolar form where one OH group points down. A broad shape resonance at about 7 eV was found for both isomers. Ten-state close-coupling calculations suggest the presence of narrow, Feshbach resonances in a similar energy region. Elastic and electronically inelastic cross sections were calculated for both isomers. The R-matrix calculations on uracil were done by the group from UCL. R-matrix calculations are currently being done on guanine. Scattering calculations on the other DNA bases will be performed in the near future.

In this work, we constructed a new model for the collisional evolution of the Main Asteroid Belt. Our goals are to test the scaling law from the work of Benz & Asphaug (1999) and ascertain if it can be used for the whole belt. We want to find initial size-frequency distributions (SFDs) for the considered six parts of the belt, and to verify if the number of asteroid families created during the simulation matches the number of observed families as well. We used new observational data from the WISE satellite (Masiero et al., 2011) to construct the observed SFDs. We simulated mutual collisions of asteroids with a modified Boulder code (Morbidelli et al., 2009), in which the results of hydrodynamic (SPH) simulations from the work of Durda et al. (2007) are included. Because material characteris- tics can affect breakups, we created two models - for monolithic asteroids and for rubble-piles (Benavidez et al., 2012). The results for monolithic and rubble- -pile asteroids are comparable and in both cases the number of created families is, within uncertainties, consistent with the observations. A disagreement of the SFDs for a limited size range D 1 to 5 km a is a good motivation to conduct new SPH simulations with relatively small targets. 1

O Plasma de Quarks e Glúons (Quark Gluon Plasma ou QGP) criado de forma sistemática em grandes aceleradores de partículas que envolvem colaborações do mundo inteiro, apesar de ter sua descoberta anunciada há bastante tempo ainda apresenta desafios e questões a serem respondidas tanto do ponto de vista experimental como do teórico. O objetivo deste trabalho é estudar a conexão entre as condições iniciais da expansão do QGP (que dependem da interação forte e não são acessíveis ao experimento) com a anisotropia da emissão azimutal das partículas (que por sua vez reflete as condições iniciais e é medida experimentalmente). O modelo hidrodinâmico é descrito inicialmente, com ênfase no programa NeXSPheRIO. Também são apresentadas alguns tipos de observáveis e modelos de condições iniciais (NeXus, MC-KLN e TRENTO). Por fim resultados de simulações para distribuições evento-por-evento do fluxo anisotrópico (facilmente ligadas aos modelos de condições iniciais) são comparadas com dados do LHC e previsões são feitas para a energia mais alta do RHIC. Estas previsões são testadas via a razão $v_2\\{4\\}/v_2\\{2\\}$ para a qual dados existem. / The Quark Gluon Plasma (QGP), created in a systematic way in large particle accelerators which are built by worldwide collaborations, even though its discovery being announced a long time ago it still presents us with challenges and questions to be answered even from the experimental point of view to the theoretical one. The main goal of this work is to study the connection between the initial conditions for the QGP expansion (which depend on strong interactions and are not accesible to the experiments) to the anisotropy in the azimuthal particle emission (which in turn reflects the initial conditions and is measured experimentally). The hydrodynamical model is described initially, with emphasis on the code NeXSPheRIO. Additionally some types of observables and initial condition models (NeXus, MC-KLN and TRENTO) are presented. And at last, results from simulations for event-by-event distributions for the anisotropic flow (easily connected to the initial conditions models) are compared with LHC\'s data and predictions are made for the RHIC\'s top energy. These predictions are tested by the $v_2\\{4\\}/v_2\\{2\\}$ for which data exists.

Neste trabalho apresentamos a construção de um novo sistema experimental para aprisionamento de átomos e moléculas. Trata-se de uma armadilha de dipolo cruzada totalmente óptica, formada por um laser de fibra com 40 W de potência com comprimento de onda em 1064 nm. Nesse sistema foi demonstrado o aprisionamento de átomos Rb e K e moléculas Rb2. Realizamos dois experimentos distintos neste se novo sistema: No primeiro, estudamos a evolução temporal de amostras dos isótopos 85Rb e 87Rb na armadilha de dipolo cruzada. Pudemos medir pela primeira vez o processo de mudança de estrutura hiperfina em átomos sem a presença de luz ressonante, e observamos a fotoassociação dos átomos pelo laser da armadilha de dipolo. E no segundo, desenvolvemos uma técnica que permite o estudo rápido e direto do decaimento no número de moléculas de Rb2 na armadilha. Com essa técnica, observamos também o comportamento dessas moléculas na presença de átomos preparados em um determinado estado hiperfino do estado fundamental. Estes resultados juntamente com um desenvolvimento teórico, nos sugerem novas perspectivas rumo a produção de um sistema que possa produzir e aprisionar moléculas KRb no estado fundamental 1&Sigma;+ (v = 0). / In this work, we present the construction of a new experimental system for trapping atoms and molecules. It is an all optical crossed dipole trap, formed by a fiber laser with 40 W of power at 1064 nm. In this system, we have trapped K and Rb atoms as well as Rb2 molecules. We have carried out two experiments in this new system. In the first, we studied the temporal evolution of atomic samples of different isotopes, 85Rb and 87Rb, in the crossed trap dipole. We were able to measure for the first time the hyperfine-changing collisions of atoms in the absence of resonant light, and we have observed photoassociation of atoms by the dipole trap laser beam. In the other experiment, we have developed a technique that allows us to study the trapped molecule population decay in the trap. It was also observed the molecule population decay in the presence of atoms prepared in a given hyperfine state of the ground state. These results together with a theoretical development may suggest us new perspectives towards the production of a system that can produce and trap KRb molecules in the ground state 1&Sigma;+ (v = 0).

Nesta dissertação calculamos o parâmetro de fluxo elíptico v2, em função da pseudorapidez &#951;, do momento transversal pt e da centralidade da colisão. Encontramos que v2, em função de &#951;, reproduz a forma característica dos dados experimentais, apresentando um máximo em &#951; = 0 e diminuindo conforme |&#951;| aumenta. Obtivemos, também, que v2, em função de pt, cresce de forma, aproximadamente, linear, não apresentando a saturação observada nos dados experimentais, para pt > 1.5GeV (quando usamos a fórmula de Cooper-Frye). Usando o mecanismo de emissão contínua, há uma considerável redução do fluxo elíptico, na região de pt grande. Entretanto, tal redução não caracteriza uma saturação. No caso de v2, em função da centralidade, os resultados mostram-se consistentes com os dados experimentais. Verificamos, também, que os efeitos de uma equação de estado com ponto crítico é pouco significativo para o fluxo elíptico. Por outro lado, encontramos uma forte dependência de v2 em relação ao tipo de condições iniciais adotado (condições iniciais médias ou condições iniciais flutuantes). Finalmente, propomos uma fórmula para cálculo de v2, a partir de quantidades que podem ser medidas experimentalmente. O resultado obtido com esta fórmula mostra-se consistente com v2 calculado de maneira teórica (em relação à direção do parâmetro de impacto). / In this work, we calculate the elliptic flow parameter v2, as a function of the pseudorapidity &#951;, the transversal momentum pt and the centrality of the collision. We found that v2,as a function of &#951;, reproduces the characteristic shape of the experimental data, with a maximum at &#951; = 0 and decreasing as |&#951;| increases. We aIso observed that v2, as a function of pt, linearly increases, therefore it doesn't show the saturation observed in experimental data, for pt > 1.5 GeV (when we use the Cooper-Frye prescription). Using the continuous emission mechanism, we observed a considerable reduction of the elliptical flow in the range of high pt. However, such a reduction doesn't characterize a saturation. In the case of v2, as a function of centrality, the results are consistent with the experimental data. We also verified that the effect of a equation of state with critical point is of little importance to the elliptical flow. On the other side, we found a strong dependence of v2 on the type of initial conditions used (average or fluctuating initials conditions). Finally, we propose a prescrition to calculate v2 from quantities which can be experimentally measured. The result obtained with this prescrition is consistent with the v2 theoretically computed (using the impact parameter direction).

Neste trabalho usamos um modelo hidrodinâmico com condições iniciais flutuantes evento a evento para estudar alguns observáveis em colisões de íons pesados relativísticos. Mostramos que a introdução de flutuações, caracterizadas por tubos longitudinais de alta densidade de energia, torna o cálculo dos observáveis mais próximo dos dados, em comparação à abordagem tradicional, na qual as condições iniciais são parametrizadas através de funções suaves e simétricas. No caso da distribuição de partículas em função do momento transversal, observamos um aumento do número de partículas na região onde p_t>2.0GeV, como consequência da expansão rápida dos tubos de alta densidade de energia, principalmente os tubos próximos à superfície da matéria, que chamamos de tubos periféricos. No caso de v_2 em função do momento transversal, observamos uma redução do fluxo elíptico na mesma região, devido à expansão isotrópica dos tubos periféricos. No caso de v_2 em função da pseudo-rapidez, observamos, com o uso das condições iniciais flutuantes, uma curva com um perfil triangular muito próximo dos dados. No caso da função de correlação de duas partículas, observamos que os tubos periféricos dão origem às chamadas estruturas de Ridge. Estas estruturas representam correlações de longo alcance, na direção longitudinal, entre as partículas trigger e as partículas associadas. Obtivemos uma função de correlação com três Ridges, respectivamente, nas posições: \\Delta\\phi=0, \\Delta\\phi=2 e \\Delta\\phi=-2. Mostramos, também, que o modelo reproduz o chamado efeito in-plane/out-of-plane, que está relacionado com a dependência da função de correlação de duas partículas em relação ao ângulo azimutal do momento da partícula trigger. De modo geral, observamos que, com o ajuste correto dos parâmetros do modelo, como por exemplo, a distribuição de densidade de energia inicial média e a temperatura de desacoplamento, todos os observáveis discutidos nesta tese apresentam um razoável acordo com os dados. / In this work we apply a hydrodynamic model with fluctuating initial conditions in a event by event basis to study some observables in relativistic heavy ion collisions. We show that the introduction of fluctuations, characterized by longitudinal high energy density tubes, turn the computation of the observables closer to data, in comparison to the traditional approach, in which the initial conditions are parametrized by using smooth and symmetrical functions. In the case of the transverse momentum distribution, we observe an enhancement of the number of particles in the region where p_t>2.0GeV, as a consequence of the fast expansion of the high energy density tubes, mainly the tubes that are close to the surface of the matter, called peripheral tubes. In the case of v_2 as a function of the transverse momentum, we observe a reduction of the elliptic flow at the same region, due to the isotropic expansion of the peripheral tubes. In the case of v_2 as a function of the pseudorapidity, we observe, by using the fluctuating initial conditions, a curve with a triangular shape very close to data. In the case of the two particle correlation function, we observed that the peripheral tubes give rise to the Ridge structures. These structures represent a long range correlation, in the longitudinal direction, between the trigger particles and the associated particles. We got a two particle correlation function with three Ridges, respectively, at the positions: \\Delta\\phi=0, \\Delta\\phi=2 and \\Delta\\phi=-2. In addition, we show that the model reproduces the in-plane/out-of-plane effect, which is related with the two particle correlation function dependence on the azimuthal angle of the momentum of the trigger particle. Generally, we observed that, with the proper adjustment of the parameters of the model, as, for example, the average initial energy density and the freeze-out temperature, all observables discussed in this thesis show a reasonable agreement with data.

O Plasma de Quarks e Glúons (Qgp), um meio denso e quente, pode ser produzido em laboratório a partir da colisão entre íons pesados relativísticos. Pode-se estudá-lo a partir da comparação entre jatos reconstruídos em tais eventos e aqueles reconstruídos em colisões próton-próton, uma vez que se espera que os pártons ao atravessarem o Qgp percam energia em função da interação com o meio, o chamado jet quenching. Este trabalho propõe dois novos observáveis no estudo de jatos reconstruídos em colisões entre íons pesados relativísticos: o espectro de jatos quasi-inclusivo e a evolução do espectro de jatos de recuo em função da partícula trigger. Mostra-se que conhecida a função de resolução do momento reconstruído do jato é possível obter o espectro verdadeiro desses observáveis a partir da técnica de deconvolução bayesiana iterativa. A técnica proposta é empregada em eventos de colisões núcleonúcleo realizadas nos aceleradores Rhic e Lhc cujos dados foram coletados pelas colaborações Star e Alice, respectivamente. Os resultados evidenciam a ocorrência do fenômeno de jet queching independentemente do sistema, da energia e da centralidade da colisão em um grande intervalo cinemático. / The Quark-Gluon Plasma (Qgp), a hot and dense medium, can be produced in laboratory by colliding relativistic heavy ion. This medium can be studied by the comparison of jets reconstructed in such events and those reconstructed in proton-proton collisions, once it is expected that partons lose energy when traversing the Qgp due to its interaction with the medium, the so-called jet quenching. This work proposes two new observables: the quasiinclusive jet spectrum and the evolution of the recoil jet spectrum as function of the trigger particle. It is shown that it is possible to obtain those spectra using iterative bayesian unfolding, which requires the resolution function for the reconstructed jet transverse momentum. This technique is applied to Star and Alice data which has been taken at Rhic and Lhc, respectively. The results indicate that jet quenching occurs in a very wide kinematic range, regardless the colliding system, its energy and centrality.

Um estudo das taxas de perda de átomos ocorrendo numa armadilha magneto-óptica mista foi realizado aqui. Observamos experimentalmente, pela primeira vez, a ocorrência de processos colisionais inelásticos envolvendo duas espécies atômicas distintas. Identificamos o escape radiativo como o processo dominante nas taxas de perda de átomos da armadilha de sódio, devidas às colisões desses com os átomos de rubídio aprisionados, para as dadas condições experimentais. Realizamos estudos semelhantes com uma mistura K-Rb, onde as taxas de perda de átomos da armadilha de potássio foram observadas. Procurou-se interpretar os resultados através um modelo semiclássico que teve de ser modificado por nós. Esses estudos foram importantes porque revelaram a grande influência do processo de escape radiativo nas taxas de perda. Também verificou-se que outros canais podem manifestar a sua influência e suspeitamos que isso se deva às diferenças estruturais das \"quasimoléculas\" formadas na colisão. A compreensão de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas mistas é importante para a obtenção e estudo de amostras distintas de condensados bosônicos coexistindo numa mesma região. / We report the results of the trap-Ioss collisional rates observed in a mixed species magneto-optical trapo These are the first systematic studies about the collisionalloss channels due to heteronuclear interactions between two cold atomic sampIes in aMOr. We have used two different combinations: Na-Rb and K -Rb. lt was observed that the rates are strongly affected by the radiative escape Ioss channel, especially in the Na-Rb system. We also observed that some other Ioss channels may ruIe the rates behavior depending on the combination or the experimento To understand the results a semiclassical approach was used: the Gallagher-Prichard theory. We beIieve that these studies will soon be helpful to control the interatomic collisional rates for the achievement of heteronuclear sampIes of Bose-Einstein condensates.