Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-01-05T03:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336699.pdf: 7952369 bytes, checksum: 9ffaf76e278c04d24d3154bac06754d1 (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho investigamos as transições de fase na matéria de quarks magnetizada usando o modelo de NJL com dois sabores na presença de acoplamento vetorial repulsivo (GV). Verificamos que a contribuição vetorial produz o encolhimento da linha de transição de primeira ordem e pode favorecer o mecanismo de back-bending no regime de acoplamento forte. Este fato permite conciliar alguns resultados da rede com as previsões teóricas sobre a existência de um ponto crítico no diagrama de fases da QCD. Analisamos como a ação de um campo magnético (B) intenso na matéria de quarks tende a fortalecer a região de primeira ordem e que também determina um padrão oscilatório na densidade. Concluímos que os efeitos opostos do acoplamento vetorial e do campo magnético na restauração da simetria quiral levam a um desdobramento de múltiplas fases magnetizadas. A ação combinada de B e GV pode originar linhas de coexistência no diagrama de fases que apresentam um comportamento exótico similar ao observado para a transição sólido-líquido da água. Mostramos como a influência da repulsão vetorial deve estabilizar fases magnéticas de densidade intermediária e que certas combinações dos parâmetros B e GV determinam pontos triplos no diagrama de fases. Exploramos as propriedades magnéticas anisotrópicas sobre os quarks e como a contribuição vetorial deve afetar a magnetização induzida determinando um comportamento diamagnético para o sistema.<br> / Abstract : In this work we investigate the phase diagram of dense magnetizedquark matter in the framework of the two-flavor Nambu-Jona-Lasiniomodel when a repulsive vector coupling (GV ) is present. We verifythat the vector contribution could shrink the first order transition lineand can support the back-bending mechanism under a strong couplingregime. This result allows one to conciliate some lattice results withtheoretical predictions about the existence of a critical point in theQCD phase diagram. Our analysis shows how an intense magnetic field(B) acts in the quark matter, strengthening the coexistence region inthe phase diagram and setting an oscillatory pattern in density values.The opposite effect of the vector coupling and magnetic field in thechiral symmetry restoration leads to a splitting of multiple magneticphases. The combined action of B and GV gives rise to coexistencelines which can render an exotic behavior resembling the solid-liquidtransition observed in the water phase diagram. We show how thevector repulsion stabilizes the intermediary magnetic phases and thatcertain B and GV parametric combinations can cause a triple point toappear in the phase diagram. We also study the anisotropic propertiesof magnetized quark matter and how the vector-like contribution affectsthe induced magnetization leading to a diamagnetic behavior.

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

Made available in DSpace on 2018-07-27T18:26:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-05-08. Added 1 bitstream(s) on 2018-07-27T18:30:08Z : No. of bitstreams: 1 000857175.pdf: 1812316 bytes, checksum: c69f0ce283642ad007739e19ff3a1f71 (MD5) / Estudamos a evolução temporal de parâmetros de ordem conservados e não conservados empregando o formalismo das equações cinéticas semi-fenomenológicas de Ginzburg-Landau-Langevin da teoria clássica das transições de fase dinâmicas. Apresentamos uma aplicação do formalismo ao problema do desconfinamento de quarks e glúons na QCD, em que o parâmetro de ordem conservado é a densidade bariônica e o parâmetro de ordem não conservado é o loop de Polyakov. As equações cinéticas são resolvidas numericamente empregando um esquema semi-implícito no tempo e um método de diferenças finitas com transformada de Fourier rápida para as coordenadas espaciais. Resultados de simulações numéricas são apresentados para valores médios dos parâmetros de ordem e para as funções de estrutura / We study the time evolution of conserved and nonconserved order parameters employing the formalism of the semiphenomenological Ginzburg-Landau-Langevin kinetic equations of the classical theory of dynamical phase transitions. We present an application of the formalism to the deconfinement problem of quarks and gluons in QCD, where the conserved order parameter is the baryon density and the non-conserved order parameter is the Polyakov loop. The kinetic equations are solved numerically employing a semi-implicit scheme for the time variable and a finite-difference method with fast Fourier transform for the space coordinates. Results of the numerical simulations are presented for the average values and structure functions of the order parameters

Orientador: Gastão Inácio Krein / Banca: Rudnei de Oliveira Ramos / Banca: Heron Carlos de Godói Caldas / Banca: Sérgio Szpigel / Banca: Sandra dos Santos Padula / Resumo: Desenvolvemos um formalismo para estudar a quebra dinâmica da simetria quiral na matéria hadrônica em que os quarks e gluons estão confinados no interior dos hádrons. O formalismo emprega as técnicas tradicionais da teoria quântica de muitos corpos em conjunção com a representação Fock-Tani, em que os estados ligados hadrônicos são descritos em termos de operadores de campos que satisfazem regras de comutação canônicas em um espaço de Fock estendido. Empregamos um modelo de quarks inspirado na Hamiltoniana da QCD no calibre de Coulomb que confina quarks e gluons e realiza a quebra dinâmica da simetria quiral. Resultados numéricos foram obtidos para a equação de gap para os quarks num meio hadrônico formado por nucleons a temperatura zero. Como aplicação do formalismo estimamos os efeitos da densidade bariônica sobre o potencial de interação entre mésons charmosos D com nucleons obtido com a representação Fock-Tani dentro do mesmo modelo de quarks / Abstract: We have developed a formalism to study dynamical chiral symmetry breaking in hadronic matter where quarks and gluons are confined within hadrons. The for- malism employs the traditional techniques of the quantum many body theory in conjunction with the Fock-Tani representation in which the hadronic bound States are described in terms of field operators that satisfy canonical commutation rela- tions in an extended Fock space. We have employed a quark model inspired in the QCD Hamiltonian in Coulomb gauge that confines quarks and gluons and realizes dynamical chiral symmetry breaking. Numerical results are obtained for the gap equation in a hadronic médium formed by nucleons at zero temperature. As an application of the formalism we have estimated the effects of the barionic density on the interaction potential of charmed D mesons with nucleons obtained with the Fock-Tani representation within the the same quark model / Doutor

Quando os núcleons ligados num núcleo se sobrepõem, a sua estrutura interna influencia as propriedades nucleares. Em especial, a estatística dos quanta elementares que constituem o núcleon se torna relevante. No intuito de investigar estes efeitos no contexto dos modelos de sóliton, considera-se sistemas simples unidimensionais. No modelo de sine-Gordon, o operador de Mandelstam, que cria sólitons topológicos p ~.mtuais, é modificado de maneira a levar em conta a estrutura do sóliton. O operador resultante cria férmions de carga topológica unitária e a sua aplicação sobre o vácuo de Fock produz um estado coerente no qual o campo médio é dado pela solução solitônica clássica. Pela aplicação sucessiva dos operadores, criando sólitons centrados em pontos diferentes, obtem-se um estado coerente no qual o valor esperado do campo é dado pela soma dos campos médios individuais. No estado de dois sólitons, a energia média de interação possui um comportamento de barreira de potencial, evidenciando a repulsão entre sólitons neste modelo. Consideramos também um modelo simplificado de sóliton não - topológico constituído de um único férmion confinado por um campo escalar bosônico. Tanto no modelo topológico como no não - topológico, a variação da norma de um estado de dois sóli tons com a distância entre seus centros revela a competição entre as estatísticas fermiônicas e bosônicas. Na região de separação pequena, o aspecto fermiônico prevalece fazendo a norma do estado se aproximar de zero. Na região de separação média a norma excede a unidade devido à superposição dos quanta bosônicos. / When the nucleons, bounded inside a nucleus, overlap, their internai structure affects the nuclear properties. In particular, the statistics of the elementary quanta that constitute the nucleon become relevant. In order to investigate such effects in the context of soliton models, we consider simple one-dimensional sistems. In the sine-Gordon model, the Mandelstam operator, which creates point-like topological solitons, is modifided in such a way as to account for the soliton structure. The resulting operator creates fermions with unitary topological charge and its application on the Fock vacuum produces a coherent state in which the mean field is given by the classical solitonic solution. By successive application of soliton creation operators, centered at different points, one obtains a coherent state in which the mean field is given by the sum of the individual mean fields. In the two-soliton state the mean interaction energy possesses a potential barrier behavior, displaying the repulsion between solitons in this model. Vve also consider a simplified non-topological soliton model, composed of one fermion confined in a scalar bosonic field. In the topological soliton modelas well as in the non-topological one, the variation of the norm of the two-soliton state, with the distance between their centers reveals a competition between the fermionic and bosonic statistics. In the small separation region the fermionic aspect prevails, making the norm go to zero. In the intermediate separation region, the norm exceeds unity due to the overlap of the bosonic quanta.

A produção exclusiva de mésons vetoriais bem como a produção direta de fótons têm sido estudadas recentemente em ambos aspectos, experimental e teoricamente. Neste trabalho, investigamos a fotoprodução exclusiva de mésons vetoriais e os processos de radiação de fótons reais em colisões próton-próton (pp), próton-núcleo (pA) e núcleo-núcleo (AA) nas energias do Large Hadron Collider (LHC), considerando a abordagem de dipolos de cor. As massas dos mésons pesados fornecem uma escala perturbativa para o problema, permitindo testar a Cromodinâmica Quântica (QCD) perturbativa. Por outro lado, os mésons leves não têm uma escala perturbativa associada ao processo e, portanto, possibilitam testar o regime não perturbativo da QCD. A transição entre o tratamento duro perturbativo e o regime suave pode ser abordada através dos modelos de saturação partônica dentro do formalismo de dipolos de cor. Além disso, tratamos da produção de fótons diretos, onde estimamos a correspondente seção de choque em colisões pp e pA no LHC. Os fótons diretos são uma importante prova da dinâmica da QCD, sondando a região de pequenas distâncias e, consequentemente, oferecendo acesso a estrutura hadrônica do próton. Para ambas reações tratadas nesta tese, o objetivo central é analisar as incertezas teóricas referentes aos respectivos modelos físicos na descrição dos observáveis em colisões hadrônicas no regime de altas energias. / The exclusive production of vector mesons as well the prompt photon production have been studied recently, both experimentally and theoretically. In this work, we investigated the exclusive photoproduction of vector mesons and the real photon radiation processes in proton-proton (pp), proton-nucleus (pA) and nucleus-nucleus (AA) collisions at the Large Hadron Collider (LHC) energies, considering the color dipole approach. The masses of heavy mesons provide a perturbative scale for the problem allowing to test the perturbative Quantum Chromodynamics (QCD). On the other hand, the light mesons do not have a perturbative scale associated to the process, so they allow to test the non-perturbative regime of QCD. The transition between the hard perturbative and the soft regimes can be addressed by the parton saturation models within the color dipole formalism. In addition, we investigated the direct photon production, where we estimate the corresponding cross section in pp and pA collisions at the LHC. The prompt photon are an important probe of QCD dynamics, scanning the small distances region and, consequently, providing access to the hadronic structure of the proton. For both reactions treated in this thesis, the main objective is to analyze the theoretical uncertainties related to the phenomenological models in the description of observables in hadronics collisions at high energy regime.

Neste trabalho é estudada a produção exclusiva de partículas em processos de espalhamento elétron-próton no chamado regime de saturação. Neste regime ocorre o fenômeno de escalamento geométrico: as seções de choque são funções apenas de uma combinação adimensional das variáveis cinemáticas relevantes, tanto no caso inclusivo e difrativo como na produção de mésons vetoriais. Em particular, a variável de escalamento é dada genericamente por t = Q²=Q²s , onde Q² é a virtualidade do fóton e Qs é a escala de saturação. Através da aproximação eiconal e do modelo de dipolos é desenvolvido um modelo teórico para a seção de choque de espalhamento inelástico profundo (DIS, em inglês), de onde são obtidas expressões analíticas para a produção exclusiva de mésons vetoriais. Equações similares não foram encontradas na literatura até a data de conclusão deste trabalho. Os resultados são então comparados com os respectivos dados experimentais atuais. / In this work one studies the exclusive production of particles in scattering processes in the so called saturation region. Within this scheme the phenomenon of geometric scaling takes place: cross sections are functions only of a dimensionless combination of the relevant kinematic variables, which happens both in inclusive and di ractive cases, as in the production of vector mesons. In particular, the scaling variable is given in general by = Q²=Q²s , where Q² is the photon virtuality and Qs represents the saturation scale. Through the eikonal approximation and the dipole model picture, a theoretical model for Deep Inelastic Scattering (DIS) cross sections is developed, from which one obtains analytical expressions for the exclusive production of vector mesons. Similar expressions could not be found in the literature until the completion of this work. Results are then compared to the respective current experimental data.

Uma quantização consistente da cromodinãmica num gau ge axial completamente fixado é realizada usando o procedimen to de quantização por parênteses de Dirac. Os resultados centrais são: A translação de parênteses de Dirac a comutadores a tempos iguaiS é possível, sem ambigüidades, devido ã ausência de problemas de ordenamento. Todos os comutadores a tem pos iguais são compatíveis com os vínculos e condições de gau ge valendo como identidades operatoriais fortes. Todos os comutadores a tempos iguais são compatíveis com os campos cromo elétricos, cromomagnéticos e fermiõnicos anulando-se no infi nito espacial. Os potenciais de gauge coloridos A° ,a , A l ma e A 2'a apresentam um comportamento fisicamente significativo, embora do tipo gauge puro, em x 3 = ±-,conforme exigido pela presença de um conteúdo topolõgico não-trivial. A invariança de Poincaré é satisfeita sem introduzir potenciais quanto-meã nicos "extras" no Hamiltoniano. O determinante da matriz de Faddeev-Popov não depende das vari-a- veis de campo. / A consistent quantization of chromodynamics in a completely fixed axial gauge is carried out by using the Dirac bracket quantization procedure. The main results are: The translation of Dirac brackets into equal-time commutators is possible, with6ut ambiguities, because of the absence of ordering problems. All equal-time commutators are compatible with constraints and gauge conditions holding as strong operator relations. All equal-time commutators are compatible with chromoelectric, chromomagnetic and fermionic fields vanishing at spatial infinity. The colored gauge potentials A o,a , A l,a and A2 'a are seen to devei op a physically significant, although pure gauge, behavior at x 3 = ±=, as required by the presence of a non-trivial topological content. Poincare invariance is satisfied without introducing in the Hamiltonian "extra" quantum mechanical potentials. The determinant of the Faddeev-Popov matrix does not depend upon the field variables.

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.