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

O modelo padrão da física de partículas descreve com sucesso as interações eletrofracas e fortes da natureza, pois suas previsões estão de acordo com os dados experimentais. Nesse trabalho estudamos a fenomenologia desse modelo para aprodução de léptons da quarta geração. Argumentamos que embora as seções de choque para esses processos sejam pequenas, da ordem de 30fb, eles são a melhor alternativa para observar uma quarta geração de férmions acoplada com os modos excitados dos bósons de KK, sendo a observação desse sinal necessária para corroborar esse modelo de quebra da simetria eletrofraca. / In this paper we study the phenomenology of this model for the production of leptons of the fourth generation. We argue that although the cross sections for these processes are small, or order 30fb, they are the best way to see a fourth generation of fermions coupled with the modes of excited bosons KK, and the observation of this signal required to support this model electroweak symmetry breaking.

O Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider - LHC) é um acelerador de prótons e íons pesados localizado no CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Em um de seus experimentos, ALICE (A Large Ion Collider Experiment ), está sendo projetado um detector dedicado a explorar os aspectos únicos de colisões núcleo-núcleo. A principal finalidade do ALICE é estudar a formação de um novo estado da matéria, o plasma de quarks e glúon. Para isto devem-se ter medidas precisas de hádrons, elétrons, múons e fótons produzidos em colisões chumbo-chumbo. Assim está sendo proposto um calorímetro frontal (Foward Calorimeter - FoCal) como um upgrade para o ALICE. A função deste calorímetro é o estudo das funções de distribuição de pártons (Partons distribuction Functions - PDF) no regime de pequenos valores do x de Bjorken. Nesta região é esperado que estas PDFs tenham um comportamento não linear devido ao processo de saturação de glúons. Para o estudo desta região é necessária a medida de fótons diretos produzidos na colisão. Estes, por sua vez, ficam mascarados pelo fundo de fótons provenientes do decaimento de píon, o que leva a uma necessidade de suas identificações. Com isto surge a oportunidade para a utilização do método de clusterização que é uma ferramenta de mineração de dados. Este trabalho contribuiu para o desenvolvimento inicial de um algoritmo de clusterização para o calorímetro FoCal. / The Large Hadron Collider (LHC) is a CERN\'s accelerator that collides protons and heavy ions. One of its experiments, ALICE, is building a new detector to explore new aspects of heavy ions collisions. The Alice\'s main goal is to study the formation of quark-gluon plasma (QGP). To do that it\'s necessary to get accurate data on hadrons, electrons, muons and gammas created in lead-lead collision. So, to accomplish that a new calorimeter is in study to scan the foward region of experiment, the Foward Calorimeter (FoCal). It\'s proposed to study Parton Distribution Functions (PDFs) in a regime of very small Bjorken-x, where it is expected that the PDFs evolve non-linearly due to the high gluon densities, a phenomena referred to as gluon saturation.But to do that it\'s required to measure the direct gammas created on collision. These fotons are blended on by fotons descendant of pion. So there\'s a need to separate it from the direct gammas. One way to solve this problem is to use clustering methods (a type of mining data algorithm). This work helped on early stages of development that clustering algorithm.

Nesta dissertação, revisamos o desenvolvimento do mecanismo de Higgs e a sua importância para a estruturação do Modelo Padrão da física de partículas elementares sob um ponto de vista histórico e contemporâneo. Foi enfatizado como a introdução de um dubleto escalar complexo com as simetrias de gauge do modelo fez com que algumas partículas adquirissem massa. Foi apresentado o contexto da descoberta do bóson de Higgs consumada em 2012 e possíveis discrepâncias nos resultados obtidos no Large Hadron Collider que poderiam indicar a possibilidade de física nova, em especial no canal de decaimento H . Estudamos as contribuições para a largura deste bóson em dois fótons com a introdução de novas partículas fermiônicas e escalares. Uma síntese do cálculo da largura deste canal, assim como as técnicas envolvidas para realizá-lo, são apresentadas. Considerando apenas as duas contribuições dominantes, foi estimado um valor de 9,165 keV para a largura do decaimento, resultando em uma razão de ramificação de 2,24 · 10^. / In this dissertation, we review the development of the Higgs mechanism and its importance to the structure of the Standard Model of elementary particles physics from a historical and contemporary point of view. It was emphasized how the introduction of a complex scalar doublet with the gauge symmetries of the model induces some particles to acquire mass. It was presented the context of Higgs boson discovery accomplished in 2012 and possible discrepancies in the results obtained at the Large Hadron Collider which may indicate the possibility of new physics, in particular in the H decay channel. We studied the contributions to the width of this boson decay into two photons with the introduction of new fermionic and scalar particles. A synthesis of computation of this channel width, as well as techniques involved to accomplish it, are presented. Considering the only two dominant contributions, it was estimated a value of 9.165 keV for the decay width, resulting in a branching ratio of 2.24 · 10^{3}.

Nesta dissertação, revisamos o desenvolvimento do mecanismo de Higgs e a sua importância para a estruturação do Modelo Padrão da física de partículas elementares sob um ponto de vista histórico e contemporâneo. Foi enfatizado como a introdução de um dubleto escalar complexo com as simetrias de gauge do modelo fez com que algumas partículas adquirissem massa. Foi apresentado o contexto da descoberta do bóson de Higgs consumada em 2012 e possíveis discrepâncias nos resultados obtidos no Large Hadron Collider que poderiam indicar a possibilidade de física nova, em especial no canal de decaimento H . Estudamos as contribuições para a largura deste bóson em dois fótons com a introdução de novas partículas fermiônicas e escalares. Uma síntese do cálculo da largura deste canal, assim como as técnicas envolvidas para realizá-lo, são apresentadas. Considerando apenas as duas contribuições dominantes, foi estimado um valor de 9,165 keV para a largura do decaimento, resultando em uma razão de ramificação de 2,24 · 10^. / In this dissertation, we review the development of the Higgs mechanism and its importance to the structure of the Standard Model of elementary particles physics from a historical and contemporary point of view. It was emphasized how the introduction of a complex scalar doublet with the gauge symmetries of the model induces some particles to acquire mass. It was presented the context of Higgs boson discovery accomplished in 2012 and possible discrepancies in the results obtained at the Large Hadron Collider which may indicate the possibility of new physics, in particular in the H decay channel. We studied the contributions to the width of this boson decay into two photons with the introduction of new fermionic and scalar particles. A synthesis of computation of this channel width, as well as techniques involved to accomplish it, are presented. Considering the only two dominant contributions, it was estimated a value of 9.165 keV for the decay width, resulting in a branching ratio of 2.24 · 10^{3}.

Orientador: Prof. Dr. Eduardo de Moraes Gregores / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. / O Large Hadron Collider (LHC) do CERN foi projetado e construído com o objetivo de proporcionar a observação de fenômenos na fronteira das altas energias. O Compact Muon Solenoide (CMS) é um dos quatros experimentos que observam o resultado das colisões hadrônicas de altas energias geradas pelo LHC, podendo medir com grande precisão diversos parâmetros do Modelo Padrão das interações fundamentais bem como propiciar o descobrimento de novos constituintes da matéria e suas interações. Em sua nova fase de operação, iniciada em junho de 2015 e prevista para durar até 2020, ele vem gerando colisões de prótons a 13 e 14 TeV, propiciando um ambiente de descobertas em regiões do espaço de fase ainda não acessíveis. O objetivo deste trabalho é investigar a possível existência de ressonâncias pesadas que tenham por sinal característico seu decaimento em bósons vetoriais massivos do Modelo Padrão, em particular em um par de bósons vetoriais VZ (V = W, Z). A existência de tais ressonâncias é prevista em muitas extensões do Modelo Padrão, tais como as que preveêm la existência de dimensões extras espaciais ou modelo Simplificados que descrevem novos bósons vetoriais de spin um. Estudaremos o indício da existência de tais ressonâncias analisando os sinais experimentais surgidos quando o bóson V decai em dois jatos hadrônicos e o bóson Z decai invisivelmente em dois neutrinos. / The Large Hadron Collider (LHC) at CERN was designed with the purpose to observe new phenomena on the high energies frontier. The Compact Muon Solenoid (CMS) is one of the four experiments that examine the outcome of hadronic collisions at high energies generated by LHC. It can measure with great accuracy various parameters of the Standard Model of fundamental interactions as well as facilitate the discovery of new constituents of matter and their interactions. In this new stage of operation, initiated in June 2015 and expected to last until 2020, the LHC generates collisions of protons at energies of 13 and 14 TeV, providing an environment of discoveries in regions of phase space still not accessible. The objective of this work is to investigate the existence of heavy resonances which have as characteristic signature, decaying in massive vector bosons of the Standard Model, particularly in a pair of vector bosons VZ (V = W, Z). These kind of resonances are predicted by many extensions of the Standard Model, such as models with extra dimensions or Simplified models that describe new vector bosons of spin one. We will examine the evidence of such resonances by analyzing the experimental signatures that arise when the V boson decays into two jets and the Z boson decays invisibly into two neutrinos.

A hipótese de que a matéria estranha de quarks (um plasma composto por quarks up, down e strange em quantidades aproximadamente iguais) é estável `a pressão nula vem sendo considerada há mais de vinte anos, tanto teoricamente quanto em experimentos específicos para sua eventual detecção. Se a matéria estranha é de fato estável, então poderia haver importantes implicações para a Astrofísica. Entre as mais estimulantes destas implicações está a possibilidade de conversão da matéria nuclear ordinária em matéria estranha no interior das estrelas de nêutrons devido ás altíssimas densidades ali encontradas. Processos tais como coalescência em binárias de estrelas de nêutrons e as próprias supernovas, eventos responsáveis pelo nascimento destas estrelas, poderiam ejetar estruturas finitas de matéria estranha, chamadas strangelets (equivalentes aos núcleos), no meio interestelar. Desta forma, strangelets estariam presentes entre os primários de raios cósmicos e seriam sujeitas a processos elementares análogos aos núcleos ordinários. Nesta Tese, as strangelets são estudadas desde os prováveis sítios para sua produção astrofísica, passando por interações com a matéria do meio interestelar, ate a chegada ás imediações terrestres. Estima-se o fluxo de strangelets de baixa energia que poderia ser mantido aprisionado na magnetosfera da Terra, bem como são estudados os processos de suas interações com componentes da atmosfera, com vistas às assinaturas observacionais então resultantes. Desta forma, são determinadas as características relevantes para a identificação destes exóticos por experimentos que testam o fluxo de raios cósmicos, ajudando na melhor compreensão das propriedades da matéria nuclear em alta densidade bariônica e baixa temperatura. / The strange quark matter hypothesis, which states that a plasma composed of quarks up, down and strange in roughly equal amounts is absolutely stable at zero pressure, has been studied for more than twenty years, both theoretically and during searches for its detection in specific experiments. If strange quark matter is indeed stable, then there could be important implications for the field of Astrophysics. Among the most stimulating ones is the possibility of conversion of ordinary nuclear matter in strange quark matter in the interior of neutron stars due to the extremely high densities reached in the core of these compact objects. Processes such as the merger in neutron star binaries systems and supernovae themselves, responsible for the birth of these stars, may eject lumps of strange quark matter, termed strangelets, in the interstellar medium. In this way, strangelets may be present among the cosmic ray flux and be subjected to elementary processes much in the same way as ordinary nuclei. In this Thesis, strangelets are studied from their likely astrophysical production sites, passing through the interstellar medium until they reach the Earth neighborhood. Estimates of the low energy flux of strangelets that could be trapped in the terrestrial magnetosphere are given. Also, the interaction of these particles with components in the Earth atmosphere are studied with the aim of providing better understanding of the resulting observational signatures. It allows the determination of the relevant characteristics for the identification of these exotics by experiments testing the cosmic ray flux, helping to better understand the properties of nuclear matter at high densities and low temperatures.

Esta tese apresenta estudos sobre uma possível extensão do Modelo Padrão, suas características teóricas e fenomenológicas. São estudados aspectos do Modelo Padrão relevantes para a análise do setor eletrofraco. Motivado pela solução do problema da hierarquia, é introduzido um espaço de cinco dimensões, com a quinta dimensão curva e compactificada em orbifold. Neste espaço são analisados campos escalares, espinoriais e vetoriais, exibindo modos excitados, os chamados modos de Kaluza-Klein. É incluída uma quarta geração de férmions, sendo então possível obter um setor eletrofraco fortemente acoplado na escala TeV, com a condensação de quarks. Este mecanismo é consequência de acoplamentos não universais com o primeiro modo de Kaluza-Klein do glúon, acoplamentos mais intensos com a quarta geração de quarks. É feita a determinação dos parâmetros dos quarks no espaço de cinco dimensões, resultando no setor de quarks do Modelo Padrão como limite da teoria a baixas energias. A análise teórica termina com a determinação dos acoplamentos dos quarks com o primeiro modo de Kaluza-Klein do glúon. Valendo-se da propriedade de o primeiro modo excitado do glúon trocar sabor, mesmo sendo uma partícula neutra, um estudo fenomenológico é realizado, mostrando que é possível observar eventos no LHC que indicam haver o setor fortemente acoplado, mediante a aplicação dos cortes descritos neste trabalho. / This thesis presents studies concerning a possible extension of the Standard Model, its theoretical and phenomenological characteristics. Aspects of the Standard Model that are relevant for the analysis of the electroweak sector are studied. In order to solve the hierarchy problem, a space with ve dimensions is introduced, with the fth dimension curved and compactied in orbifold. Within this space scalar, spinorial and vectorial elds are analysed, showing excited modes, the so-called Kaluza-Klein modes. A fourth generation of fermions is included, which makes it possible to obtain a strongly coupled electroweak sector at the TeV scale, with quarks condensation. This mechanism is possible due to non-universal couplings with the rst Kaluza-Klein mode of the gluon, couplings which are stronger with the fourth generation quarks. The quarks parameters in the ve-dimensional space are determined, leading to the quark sector of the Standard Model as a low energy limit of the theory. The theoretical analysis is nished by the determination of the quarks couplings with the rst Kaluza-Klein mode of the gluon. Using the property of avor exchange by the gluon, even this being a neutral particle, a phenomenological study is carried out, showing that is possible to observe events at the LHC that indicate the existence of the strongly coupled sector, by means of the use of the cuts described in this work.

Esta tese apresenta estudos sobre uma possível extensão do Modelo Padrão, suas características teóricas e fenomenológicas. São estudados aspectos do Modelo Padrão relevantes para a análise do setor eletrofraco. Motivado pela solução do problema da hierarquia, é introduzido um espaço de cinco dimensões, com a quinta dimensão curva e compactificada em orbifold. Neste espaço são analisados campos escalares, espinoriais e vetoriais, exibindo modos excitados, os chamados modos de Kaluza-Klein. É incluída uma quarta geração de férmions, sendo então possível obter um setor eletrofraco fortemente acoplado na escala TeV, com a condensação de quarks. Este mecanismo é consequência de acoplamentos não universais com o primeiro modo de Kaluza-Klein do glúon, acoplamentos mais intensos com a quarta geração de quarks. É feita a determinação dos parâmetros dos quarks no espaço de cinco dimensões, resultando no setor de quarks do Modelo Padrão como limite da teoria a baixas energias. A análise teórica termina com a determinação dos acoplamentos dos quarks com o primeiro modo de Kaluza-Klein do glúon. Valendo-se da propriedade de o primeiro modo excitado do glúon trocar sabor, mesmo sendo uma partícula neutra, um estudo fenomenológico é realizado, mostrando que é possível observar eventos no LHC que indicam haver o setor fortemente acoplado, mediante a aplicação dos cortes descritos neste trabalho. / This thesis presents studies concerning a possible extension of the Standard Model, its theoretical and phenomenological characteristics. Aspects of the Standard Model that are relevant for the analysis of the electroweak sector are studied. In order to solve the hierarchy problem, a space with ve dimensions is introduced, with the fth dimension curved and compactied in orbifold. Within this space scalar, spinorial and vectorial elds are analysed, showing excited modes, the so-called Kaluza-Klein modes. A fourth generation of fermions is included, which makes it possible to obtain a strongly coupled electroweak sector at the TeV scale, with quarks condensation. This mechanism is possible due to non-universal couplings with the rst Kaluza-Klein mode of the gluon, couplings which are stronger with the fourth generation quarks. The quarks parameters in the ve-dimensional space are determined, leading to the quark sector of the Standard Model as a low energy limit of the theory. The theoretical analysis is nished by the determination of the quarks couplings with the rst Kaluza-Klein mode of the gluon. Using the property of avor exchange by the gluon, even this being a neutral particle, a phenomenological study is carried out, showing that is possible to observe events at the LHC that indicate the existence of the strongly coupled sector, by means of the use of the cuts described in this work.

A hipótese de que a matéria estranha de quarks (um plasma composto por quarks up, down e strange em quantidades aproximadamente iguais) é estável `a pressão nula vem sendo considerada há mais de vinte anos, tanto teoricamente quanto em experimentos específicos para sua eventual detecção. Se a matéria estranha é de fato estável, então poderia haver importantes implicações para a Astrofísica. Entre as mais estimulantes destas implicações está a possibilidade de conversão da matéria nuclear ordinária em matéria estranha no interior das estrelas de nêutrons devido ás altíssimas densidades ali encontradas. Processos tais como coalescência em binárias de estrelas de nêutrons e as próprias supernovas, eventos responsáveis pelo nascimento destas estrelas, poderiam ejetar estruturas finitas de matéria estranha, chamadas strangelets (equivalentes aos núcleos), no meio interestelar. Desta forma, strangelets estariam presentes entre os primários de raios cósmicos e seriam sujeitas a processos elementares análogos aos núcleos ordinários. Nesta Tese, as strangelets são estudadas desde os prováveis sítios para sua produção astrofísica, passando por interações com a matéria do meio interestelar, ate a chegada ás imediações terrestres. Estima-se o fluxo de strangelets de baixa energia que poderia ser mantido aprisionado na magnetosfera da Terra, bem como são estudados os processos de suas interações com componentes da atmosfera, com vistas às assinaturas observacionais então resultantes. Desta forma, são determinadas as características relevantes para a identificação destes exóticos por experimentos que testam o fluxo de raios cósmicos, ajudando na melhor compreensão das propriedades da matéria nuclear em alta densidade bariônica e baixa temperatura. / The strange quark matter hypothesis, which states that a plasma composed of quarks up, down and strange in roughly equal amounts is absolutely stable at zero pressure, has been studied for more than twenty years, both theoretically and during searches for its detection in specific experiments. If strange quark matter is indeed stable, then there could be important implications for the field of Astrophysics. Among the most stimulating ones is the possibility of conversion of ordinary nuclear matter in strange quark matter in the interior of neutron stars due to the extremely high densities reached in the core of these compact objects. Processes such as the merger in neutron star binaries systems and supernovae themselves, responsible for the birth of these stars, may eject lumps of strange quark matter, termed strangelets, in the interstellar medium. In this way, strangelets may be present among the cosmic ray flux and be subjected to elementary processes much in the same way as ordinary nuclei. In this Thesis, strangelets are studied from their likely astrophysical production sites, passing through the interstellar medium until they reach the Earth neighborhood. Estimates of the low energy flux of strangelets that could be trapped in the terrestrial magnetosphere are given. Also, the interaction of these particles with components in the Earth atmosphere are studied with the aim of providing better understanding of the resulting observational signatures. It allows the determination of the relevant characteristics for the identification of these exotics by experiments testing the cosmic ray flux, helping to better understand the properties of nuclear matter at high densities and low temperatures.