Neutral current Drell-Yan production in proton-proton collisions at the LHC was studied with the ATLAS detector. The 20.1 inverse femtobarn data set used in this precision measurement was collected in 2012 during which the LHC collided protons at a centre-of-mass energy of 8 TeV. The production rate or differential cross-section was measured in three-dimensions: invariant mass, absolute rapidity, and cosine of the polar angle in the Collins-Soper frame. A measurement of the forward-backward asymmetry was obtained from the differential cross-section by summing over the forward and the backward events and taking their difference. The three-dimensional differential cross-section measurement presented in this dissertation can be used to constrain the invariant mass- and rapidity-dependent parton distribution functions of the proton and the forward-backward asymmetry results can be used to extract a measurement of the weak mixing angle. / Graduate

Two analyses of data recorded in proton-proton collisions at the ATLAS detector in 2012 are presented in this thesis. The first pertains to the beam separation (van der Meer) scans required to calibrate the absolute luminosity. An estimate is made for the size of the correction needed to the standard van der Meer calibration method, which assumes that the proton bunch density profiles are factorisable. This is done by observing and modelling the evolution of various beam spot phenomena during the separation scans. The second analysis described is a series of measurements of the Z/gamma cross-section, differential in the phi star observable, for different ranges of the boson invariant mass and absolute rapidity. In particular the events in which the boson decays to electron-positron pairs are considered. The phi star observable is defined in terms of the well-measured lepton directions and enables a probe of initial state gluon radiation in the non-perturbative regime of QCD.

This thesis presents phenomenological studies of a state-of-the-art NNLL+NLO theoretical calculation of a novel collider observable known as 'phi star'. In these studies the 'phi star' observable, a measure of azimuthal decorrelation, is applied directly to the leptons in the production of massive lepton pairs in hadron collisions (the Drell-Yan process). This provides an alternate measure of the recoil of the massive vector boson (Z/gamma) against initial state QCD radiation, but with distinct experimental advantages over the traditional boson transverse momentum. Attention is focused on the small-'phi star' regime (the quasi-back-to-back regime) where the infrared dynamics of soft/collinear gluon emissions become important. These phenomenological studies are followed up with the presentation of a measurement of 'phi star' in 'Z to mu mu' events using 20.3 fb^-1 of collision data collected by the ATLAS experiment in 2012. Finally, studies directly related to the ATLAS absolute luminosity calibration by the van der Meer (vdM) method are presented, with the objective of elucidating the role of transverse linear beam correlation. In particular, I present studies using an analytical method I have developed in order to precisely extract individual beam information by way of studying phenomena pertaining to the luminous region during vdM scans. In addition, a dedicated study of the long- and short-term stabilities of the principal detectors for luminosity monitoring is also presented, along with an appropriate recalibration of these detectors.

L’étude du processus Drell-Yan, ou la production dans des collisions entre hadrons à haute énergie d’une paire de leptons par l’intermédiaire d’un boson Z ou ɣ virtuel, est un moyen privilégié pour comprendre les mécanismes de production de particules massives comme le boson de Higgs. Dans cette thèse, les données collectées en 2016 par l’expérience CMS dans les collisions proton-proton à une énergie de 13 TeV dans le système du centre de masse, correspondant à une luminosité intégrée de 36,3 fb⁻¹, sont utilisées pour réaliser une mesure de précision de section efficaces du processus Drell-Yan différentielles en l’impulsion transverse de la paire de leptons, pour des masses invariantes de la paire allant de 50 à 1000 GeV.La mesure utilise les canaux comprenant deux électrons ou deux muons, qui ont l’avantage d’être aisément identifiables expérimentalement et, ainsi, de permettre des mesures précises de sections efficaces. Au total, environ dix millions d’événements comprenant deux électrons et vingt millions d’événements comprenant deux muons sont analysés. L’extension de l’analyse précédente de la collaboration CMS, limitée en masse invariante à l’intervalle entre 76 et 106 GeV, requiert un meilleur contrôle des bruits de fond, plus importants en-dessous de 76 et au-dessus de 106 GeV que dans l’intervalle précédemment considéré. La contribution dominante, la production d’une paire de quarks top se désintégrant en leptons, est étudiée en détail, ainsi que la contamination des données par des électrons mal identifiés. Après prise en compte de l’efficacité de détection, les résultats obtenus dans les deux canaux sont compatibles et sont combinés en une unique mesure.La précision obtenue, de l’ordre du pourcent, dans des régions jusqu’ici peu explorées permet d’obtenir de nouvelles contraintes sur des modèles largement utilisés en physique des particules. À cette fin, la mesure est comparée à six prédictions illustrant différentes approches pour la prédiction du spectre en impulsion transverse. Malgré d’assez bonnes performances générales, aucune d’entre elles ne permet une description complète des données après prise en compute des incertitudes théoriques et expérimentales. C’est en particulier le cas à grande masse invariante ou lorsqu’un jet est identifié dans l’état final. Certaines approches encore peu répandues obtiennent de meilleurs résultats dans les régions qu’elles visent spécifiquement. De nouveaux développements théoriques seront nécessaires pour combiner celles-ci afin d’obtenir des prédictions fiables dans l’ensemble de l’espace des phases. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Jointly-supervised doctoral thesis Title: Nucleon spin structure studies in Drell-Yan process at COMPASS Author: Jan Matoušek Department I: Department of Low Temperature Physics, Faculty of Mathem- atics and Physics, Charles University Department II: Department of Physics, University of Trieste Supervisor I: prof. Miroslav Finger (Department I) Supervisor II: prof. Anna Martin (Department II) Abstract: The nucleon structure is presently described by Transverse Momentum Depend- ent (TMD) Parton Distribution Functions (PDFs), which generalise the collinear PDFs, adding partonic spin and transverse momentum degrees of freedom. The recent HERMES and COMPASS data on hadron production in deep inelastic scattering (SIDIS) of leptons off transversely polarised nucleons have provided a decisive validation of this framework. Nevertheless, the TMD PDFs should be studied in complementary reactions, like pp hard scattering and Drell-Yan pro- cesses. In particular the Sivers TMD PDF, which encodes the correlation between the nucleon transverse spin and quark transverse momentum and appears in the Sivers Transverse Spin Asymmetry (TSA), is expected to have opposite sign in Drell-Yan and SIDIS. In 2015 COMPASS measured for the first time the Drell- Yan process on a transversely polarised target π− p↑ → µ− µ+ X to test...

O principal tema desenvolvido nesta tese é o estudo de efeitos nucleares na produção de diléptons por meio do processo Drell–Yan para energias compatíveis com as de RHIC e de LHC. Dois modelos são usados: o formalismo de dipolos de cor e o modelo de pártons com momentum transversal intrínseco. No primeiro capítulo, uma breve introdução histórica e a motivação para o estudo são apresentadas. No Cap. 2, o espalhamento profundamente inelástico (EPI) no modelo de pártons é revisado e são discutidas as distribuições partônicas de prótons (CTEQ) e de nucleons (EKS, EPS08 e EPS09). O EPI no formalismo de dipolos também é discutido. O Cap. 3 é dedicado ao embasamento teórico do formalismo de dipolos e ao estudo das seção de choque de dipolos. As principais equações que governam a evolução de dipolos são expostas, seguidas pelas parametrizações fenomenológicas GBW, DHJ, BUWe ABGS. Um novo modelo é proposto: a parametrização AGBS com flutuações. Quando ajustada aos dados de HERA, a nova parametrização não difere da antiga AGBS, indicando que flutuações não são necessárias para descrever os dados de EPI nas presentes energias. No Cap. 4, é apresentado o modelo de pártons no processo Drell–Yan. O formalismo é discutido em ordem dominante, em ordem seguinte à dominante (OSD) e em OSD com momentum transversal intrínseco, já que apenas na última possibilidade o momentum transversal do dilépton pode ser gerado de maneira consistente com os experimentos. Posteriormente, o formalismo de dipolos aplicado ao mesmo processo é debatido, que em ordem dominante possui distribuição em momentum transversal consistente com os experimentos. Os resultados são cálculos para o fator de modificação nuclear (RpA) para rapidezes negativas como função de rapidez e momentum transversal. A aplicação para rapidezes negativas do formalismo de dipolos é uma contribuição original, bem como a comparação deste formalismo com o modelo de pártons com momentum transversal intrínseco. Efeitos de grande (efeito EMC e anti-sombreamento) e de pequeno x (sombreamento) são observados. Mostra-se que o momentum transversal intrínseco é particularmente importante, alterando o fator de modificação nuclear em torno de 10%. Quando as diferentes parametrizações da seção de choque de dipolos são comparadas, a produção de diléptons não apresenta variações significativas, indicando que ela não é sensível aos detalhes das parametrizações, como a possível violação de escalamento geométrico presente na parametrização DHJ. Adicionalmente, os resultados do modelo de pártons são estendidos para rapidezes positivas e comparados com resultados do condensado de vidros de cor. Para energias de RHIC, os formalismos concordam, enquanto que para LHC, a menos que a parametrização nuclear tenha um sombreamento muito forte (caso da EPS08), os formalismos discordam, devido aos comportamentos distintos do sombreamento de glúons e do sombreamento de quarks. Como perspectiva, é discutido o modelo unidimensional, que é uma simplificação drástica da evolução de dipolos sem deixar de incluir os efeitos de flutuações. Em particular, as possibilidades de escalamento geométrico e escalamento difusivo nas seções de choque são discutidas. / The main topic of this thesis is the study of nuclear effects in Drell–Yan dilepton production at RHIC and LHC energies. Two approaches are employed: the color dipole approach and the parton model with intrinsic transverse momentum. In the first chapter, a brief introduction and the motivation to the study are presented. Chapt. 2 reviews the deep inelastic scattering (DIS) in the parton model and the parton distribution functions of protons (CTEQ) and of nucleons (EKS, EPS08 e EPS09) are examinated. The DIS in the dipole frame is also discussed. Chapt. 3 reviews the theoretical foundations of the color dipole approach and the dipole cross section. The main equations that drive the dipole evolution are shown, followed by the phenomenological parameterizations GBW, DHJ, BUW, and ABGS. A new model is proposed: the AGBS parameterization with fluctuations. When fitted to HERA data, the new parameterization does not differ from the old AGBS, indicating that fluctuations are not needed to reproduce DIS data at current energies. Chapt. 4 discusses the parton model in the Drell–Yan process. This approach is considered at leading order, at next-to-leading order (NLO), and at NLO with intrinsic transverse momentum, as only in the last case the dilepton transverse momentum distribution can be obtained in agreement with experiments. Afterwards, the color dipole approach applied to the process is examined, giving at leading order a transverse momentum distribution compatible with experiments. The results are calculations to the nuclear modification factor (RpA) at backward rapidities as function of rapidity and transverse momentum. The use of backward rapidities of the color dipole approach is an original contribution, as well as the comparison of this approach with the parton model with intrinsic transverse momentum. Effects of large (EMC effect and antishadowing) and of small x (shadowing) are seen. It is shown that the intrinsic transverse momentum is particularly important, changing the nuclear modification factor of about 10%. When different parameterizations of the dipole cross section are compared, the dilepton production does not show significant discrepancies, suggesting the it is not sensitive to the parametrization details, such as the possibility of geometric scaling breaking present in DHJ parameterization. Furthermore, the parton model results are extended to forward rapidities and compared with results of the color glass condensate. At RHIC energies, the approaches agree, while at LHC energies, unless the nuclear parameterization shows a very strong nuclear shadowing (EPS08 case), the approaches disagree, due to the different behaviors of gluon shadowing and quark shadowing. The unidimensional model, a toy model of the dipole evolution that includes the fluctuation effects is also investigated. Specificaly, the possibilities of geometric scaling and difusive scaling in cross sections are discussed.

O principal tema desenvolvido nesta tese é o estudo de efeitos nucleares na produção de diléptons por meio do processo Drell–Yan para energias compatíveis com as de RHIC e de LHC. Dois modelos são usados: o formalismo de dipolos de cor e o modelo de pártons com momentum transversal intrínseco. No primeiro capítulo, uma breve introdução histórica e a motivação para o estudo são apresentadas. No Cap. 2, o espalhamento profundamente inelástico (EPI) no modelo de pártons é revisado e são discutidas as distribuições partônicas de prótons (CTEQ) e de nucleons (EKS, EPS08 e EPS09). O EPI no formalismo de dipolos também é discutido. O Cap. 3 é dedicado ao embasamento teórico do formalismo de dipolos e ao estudo das seção de choque de dipolos. As principais equações que governam a evolução de dipolos são expostas, seguidas pelas parametrizações fenomenológicas GBW, DHJ, BUWe ABGS. Um novo modelo é proposto: a parametrização AGBS com flutuações. Quando ajustada aos dados de HERA, a nova parametrização não difere da antiga AGBS, indicando que flutuações não são necessárias para descrever os dados de EPI nas presentes energias. No Cap. 4, é apresentado o modelo de pártons no processo Drell–Yan. O formalismo é discutido em ordem dominante, em ordem seguinte à dominante (OSD) e em OSD com momentum transversal intrínseco, já que apenas na última possibilidade o momentum transversal do dilépton pode ser gerado de maneira consistente com os experimentos. Posteriormente, o formalismo de dipolos aplicado ao mesmo processo é debatido, que em ordem dominante possui distribuição em momentum transversal consistente com os experimentos. Os resultados são cálculos para o fator de modificação nuclear (RpA) para rapidezes negativas como função de rapidez e momentum transversal. A aplicação para rapidezes negativas do formalismo de dipolos é uma contribuição original, bem como a comparação deste formalismo com o modelo de pártons com momentum transversal intrínseco. Efeitos de grande (efeito EMC e anti-sombreamento) e de pequeno x (sombreamento) são observados. Mostra-se que o momentum transversal intrínseco é particularmente importante, alterando o fator de modificação nuclear em torno de 10%. Quando as diferentes parametrizações da seção de choque de dipolos são comparadas, a produção de diléptons não apresenta variações significativas, indicando que ela não é sensível aos detalhes das parametrizações, como a possível violação de escalamento geométrico presente na parametrização DHJ. Adicionalmente, os resultados do modelo de pártons são estendidos para rapidezes positivas e comparados com resultados do condensado de vidros de cor. Para energias de RHIC, os formalismos concordam, enquanto que para LHC, a menos que a parametrização nuclear tenha um sombreamento muito forte (caso da EPS08), os formalismos discordam, devido aos comportamentos distintos do sombreamento de glúons e do sombreamento de quarks. Como perspectiva, é discutido o modelo unidimensional, que é uma simplificação drástica da evolução de dipolos sem deixar de incluir os efeitos de flutuações. Em particular, as possibilidades de escalamento geométrico e escalamento difusivo nas seções de choque são discutidas. / The main topic of this thesis is the study of nuclear effects in Drell–Yan dilepton production at RHIC and LHC energies. Two approaches are employed: the color dipole approach and the parton model with intrinsic transverse momentum. In the first chapter, a brief introduction and the motivation to the study are presented. Chapt. 2 reviews the deep inelastic scattering (DIS) in the parton model and the parton distribution functions of protons (CTEQ) and of nucleons (EKS, EPS08 e EPS09) are examinated. The DIS in the dipole frame is also discussed. Chapt. 3 reviews the theoretical foundations of the color dipole approach and the dipole cross section. The main equations that drive the dipole evolution are shown, followed by the phenomenological parameterizations GBW, DHJ, BUW, and ABGS. A new model is proposed: the AGBS parameterization with fluctuations. When fitted to HERA data, the new parameterization does not differ from the old AGBS, indicating that fluctuations are not needed to reproduce DIS data at current energies. Chapt. 4 discusses the parton model in the Drell–Yan process. This approach is considered at leading order, at next-to-leading order (NLO), and at NLO with intrinsic transverse momentum, as only in the last case the dilepton transverse momentum distribution can be obtained in agreement with experiments. Afterwards, the color dipole approach applied to the process is examined, giving at leading order a transverse momentum distribution compatible with experiments. The results are calculations to the nuclear modification factor (RpA) at backward rapidities as function of rapidity and transverse momentum. The use of backward rapidities of the color dipole approach is an original contribution, as well as the comparison of this approach with the parton model with intrinsic transverse momentum. Effects of large (EMC effect and antishadowing) and of small x (shadowing) are seen. It is shown that the intrinsic transverse momentum is particularly important, changing the nuclear modification factor of about 10%. When different parameterizations of the dipole cross section are compared, the dilepton production does not show significant discrepancies, suggesting the it is not sensitive to the parametrization details, such as the possibility of geometric scaling breaking present in DHJ parameterization. Furthermore, the parton model results are extended to forward rapidities and compared with results of the color glass condensate. At RHIC energies, the approaches agree, while at LHC energies, unless the nuclear parameterization shows a very strong nuclear shadowing (EPS08 case), the approaches disagree, due to the different behaviors of gluon shadowing and quark shadowing. The unidimensional model, a toy model of the dipole evolution that includes the fluctuation effects is also investigated. Specificaly, the possibilities of geometric scaling and difusive scaling in cross sections are discussed.

O principal tema desenvolvido nesta tese é o estudo de efeitos nucleares na produção de diléptons por meio do processo Drell–Yan para energias compatíveis com as de RHIC e de LHC. Dois modelos são usados: o formalismo de dipolos de cor e o modelo de pártons com momentum transversal intrínseco. No primeiro capítulo, uma breve introdução histórica e a motivação para o estudo são apresentadas. No Cap. 2, o espalhamento profundamente inelástico (EPI) no modelo de pártons é revisado e são discutidas as distribuições partônicas de prótons (CTEQ) e de nucleons (EKS, EPS08 e EPS09). O EPI no formalismo de dipolos também é discutido. O Cap. 3 é dedicado ao embasamento teórico do formalismo de dipolos e ao estudo das seção de choque de dipolos. As principais equações que governam a evolução de dipolos são expostas, seguidas pelas parametrizações fenomenológicas GBW, DHJ, BUWe ABGS. Um novo modelo é proposto: a parametrização AGBS com flutuações. Quando ajustada aos dados de HERA, a nova parametrização não difere da antiga AGBS, indicando que flutuações não são necessárias para descrever os dados de EPI nas presentes energias. No Cap. 4, é apresentado o modelo de pártons no processo Drell–Yan. O formalismo é discutido em ordem dominante, em ordem seguinte à dominante (OSD) e em OSD com momentum transversal intrínseco, já que apenas na última possibilidade o momentum transversal do dilépton pode ser gerado de maneira consistente com os experimentos. Posteriormente, o formalismo de dipolos aplicado ao mesmo processo é debatido, que em ordem dominante possui distribuição em momentum transversal consistente com os experimentos. Os resultados são cálculos para o fator de modificação nuclear (RpA) para rapidezes negativas como função de rapidez e momentum transversal. A aplicação para rapidezes negativas do formalismo de dipolos é uma contribuição original, bem como a comparação deste formalismo com o modelo de pártons com momentum transversal intrínseco. Efeitos de grande (efeito EMC e anti-sombreamento) e de pequeno x (sombreamento) são observados. Mostra-se que o momentum transversal intrínseco é particularmente importante, alterando o fator de modificação nuclear em torno de 10%. Quando as diferentes parametrizações da seção de choque de dipolos são comparadas, a produção de diléptons não apresenta variações significativas, indicando que ela não é sensível aos detalhes das parametrizações, como a possível violação de escalamento geométrico presente na parametrização DHJ. Adicionalmente, os resultados do modelo de pártons são estendidos para rapidezes positivas e comparados com resultados do condensado de vidros de cor. Para energias de RHIC, os formalismos concordam, enquanto que para LHC, a menos que a parametrização nuclear tenha um sombreamento muito forte (caso da EPS08), os formalismos discordam, devido aos comportamentos distintos do sombreamento de glúons e do sombreamento de quarks. Como perspectiva, é discutido o modelo unidimensional, que é uma simplificação drástica da evolução de dipolos sem deixar de incluir os efeitos de flutuações. Em particular, as possibilidades de escalamento geométrico e escalamento difusivo nas seções de choque são discutidas. / The main topic of this thesis is the study of nuclear effects in Drell–Yan dilepton production at RHIC and LHC energies. Two approaches are employed: the color dipole approach and the parton model with intrinsic transverse momentum. In the first chapter, a brief introduction and the motivation to the study are presented. Chapt. 2 reviews the deep inelastic scattering (DIS) in the parton model and the parton distribution functions of protons (CTEQ) and of nucleons (EKS, EPS08 e EPS09) are examinated. The DIS in the dipole frame is also discussed. Chapt. 3 reviews the theoretical foundations of the color dipole approach and the dipole cross section. The main equations that drive the dipole evolution are shown, followed by the phenomenological parameterizations GBW, DHJ, BUW, and ABGS. A new model is proposed: the AGBS parameterization with fluctuations. When fitted to HERA data, the new parameterization does not differ from the old AGBS, indicating that fluctuations are not needed to reproduce DIS data at current energies. Chapt. 4 discusses the parton model in the Drell–Yan process. This approach is considered at leading order, at next-to-leading order (NLO), and at NLO with intrinsic transverse momentum, as only in the last case the dilepton transverse momentum distribution can be obtained in agreement with experiments. Afterwards, the color dipole approach applied to the process is examined, giving at leading order a transverse momentum distribution compatible with experiments. The results are calculations to the nuclear modification factor (RpA) at backward rapidities as function of rapidity and transverse momentum. The use of backward rapidities of the color dipole approach is an original contribution, as well as the comparison of this approach with the parton model with intrinsic transverse momentum. Effects of large (EMC effect and antishadowing) and of small x (shadowing) are seen. It is shown that the intrinsic transverse momentum is particularly important, changing the nuclear modification factor of about 10%. When different parameterizations of the dipole cross section are compared, the dilepton production does not show significant discrepancies, suggesting the it is not sensitive to the parametrization details, such as the possibility of geometric scaling breaking present in DHJ parameterization. Furthermore, the parton model results are extended to forward rapidities and compared with results of the color glass condensate. At RHIC energies, the approaches agree, while at LHC energies, unless the nuclear parameterization shows a very strong nuclear shadowing (EPS08 case), the approaches disagree, due to the different behaviors of gluon shadowing and quark shadowing. The unidimensional model, a toy model of the dipole evolution that includes the fluctuation effects is also investigated. Specificaly, the possibilities of geometric scaling and difusive scaling in cross sections are discussed.

Hadron structure is not fully understood yet. While the spin-averaged Parton Dis- tribution Functions (PDFs) and the helicity-dependent PDFs are well determined, little is known about the transverzity and some other transverse-momentum de- pendent PDFs (TMDs). The COMPASS experiment at CERN is preparing for studying the TMDs using a Drell-Yan process on transversely polarized target hit by pion beam in 2014-2015. An outline of the parton model of hadrons and of the TMDs is given. The COMPASS spectrometer is described, with emphasis on the modifications for the Drell-Yan program, and its capabilities to measure the TMDs is briefly discussed. A special attention is paid to the polarized target. The dilution refrigerator, the DNP system for polarizing the nuclei and the NMR for polarization measurement are described. The new monitoring system of the refrigerator is described, including the author's contribution to it. Issues of the new NMR coils design are discussed. 1

O regime de energia do experimento Large Hadron Collider (LHC) no CERN amplia o espaço de fase para a produção de partículas de uma maneira sem precedentes, possibilitando um estudo mais detalhado das partículas e seus subcomponentes. Muitos processos de espalhamento interessantes para a fenomenologia da QCD em altas energias, principalmente aqueles mediados por troca de objetos sem cor, são caracterizados por partículas emitidas em ângulos de espalhamento muito pequenos em relação ao eixo do feixe incidente. Especialmente em processos de espalhamento, a fração de momentum dos pártons no alvo é aproximadamente x = (M/√s)e−y, onde M é a massa da partícula e √s é a energia de centro de massa, assim pequeno - x está relacionado com a região de grande pseudorapidez (η = −ln[tan θ/2] ≈ y), a qual é denominada região frontal. Esta Tese trata, portanto, da física de pequeno - x em processos frontais no LHC, analisando especificamente a produção dos mésons J/ e (2S) em energias de centro de massa 2.76 TeV em colisões coerentes e incoerentes eletromagnéticas PbPb e a produção de diléptons em colisões pp em energias de centro de massa de 7 TeV . A abordagem utilizada nos cálculos é o formalismo de dipolos de cor, o qual é conveniente em pequeno - x, e apresenta uma forma eficaz e simplificada para o cálculo das seções de choque. As predições apresentadas são consistentes com dados experimentais das colaborações ALICE, E866 e CDF, mostrando a robustez do modelo utilizado. / The Large Hadron Collider (LHC) energy regime extends the phase space for particle production to an unprecedent way, enabling a more detailed study of subatomic particles. Many interesting scattering processes for QCD phenomenology at high energies, specially those mediated by the exchange of objects without color, are characterized by particles emitted in very small scattering angles relative to the axis of incident beam. Specially in scattering processes, the target parton momentum fraction is approximately x = (M/√s)e−y, where M is the particle mass and √s is the center of mass energy. Therefore, small-x is related to the large pseudorapidez region (η = −ln[tan θ/2] ≈ y), which is called forward region. Therefore, this thesis deals with the small-x physics in forward processes at the LHC, specifically analyzing the production of mesons J/ and (2S) at 2.76 TeV center of mass energy in coherent and incoherent electromagnetic PbPb collisions and dileptons production at 7 TeV center of mass energy in pp collisions. The approach used in the calculations is the color dipole formalism, which is convenient in small-x, and presents an effective and simple way to calculate the cross sections. The predictions are consistent with the ALICE, CDF and E866 collaborations experimental data, showing the robustness of the considered model.