Cette thèse a pour sujet l'étude de la réaction de la Diffusion Compton Profondément Virtuelle (DVCS) sur le proton e + p -> e' + p' + gamma (DVCS). Cette réaction est mesurée en analysant l'expérience e1-dvcs2 qui a eu lieu dans le Hall B du Jefferson Laboratory avec CLAS. La prise de données s'est déroulée du 22 octobre 2008 jusqu'au 23 janvier 2009. Cette analyse a pour but la détermination des sections efficaces non polarisées et les différences de sections efficaces polarisées du DVCS, dans divers bins en xB, Q^2, t et phi. Cette analyse compare les sections efficaces avec plusieurs mesures existantes du DVCS: une analyse parallèle de e1-dvcs2 et une analyse de e1-dvcs1. En factorisant l'élément de matrice qui correspond au DVCS en deux parties, calculables en QCD perturbative et non perturbative, on peut accéder aux Distributions de Partons Généralisées (GPDs) du proton, et ainsi obtenir une vue en 3D des distributions spatiales et en impulsion des quarks et des gluons dans le proton. / This thesis focuses on the Deeply Virtual Compton Scattering (DVCS) reaction e + p -> e' + p' + gamma (DVCS). The reaction is measured using the e1-dvcs2 experiment run at Jefferson Laboratory in Hall B using CLAS. The experiment took place from 22 October, 2008 to 23 January, 2009, and experiment run time of 90 days. This analysis focuses on the determination of the DVCS cross section in bins of xB, Q^2, t and phi, and makes a comparison with already existing and parallel analyses of DVCS. By factorizing the cross section of the reaction into perturbative and non-perturbative parts, we may relate the cross section of this reaction to Generalized Parton Distributions (GPDs) for the proton, and in doing so, provide better insight as to the distributions of quarks and gluons within it, including spacial distribution and contributions of angular momentum.

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We apply a diagrammatic approach to study Higgs boson, a color-neutral heavy particle, production in nucleus-nucleus collisions in the saturation framework without quantum evolution. We assume the strong coupling constant much smaller than one. Due to the heavy mass and colorless nature of Higgs particle, final state interactions are absent in our calculation. In order to treat the two nuclei dynamically symmetric, we use the Coulomb gauge which gives the appropriate light cone gauge for each nucleus. To further eliminate initial state interactions we choose specific prescriptions in the light cone propagators. We start the calculation from only two nucleons in each nucleus and then demonstrate how to generalize the calculation to higher orders diagrammatically. We simplify the diagrams by the Slavnov-Taylor-Ward identities. The resulting cross section is factorized into a product of two Weizsäcker-Williams gluon distributions of the two nuclei when the transverse momentum of the produced scalar particle is around the saturation momentum. To our knowledge this is the first process where an exact analytic formula has been formed for a physical process, involving momenta on the order of the saturation momentum, in nucleus-nucleus collisions in the quasi-classical approximation. Since we have performed the calculation in an unconventional gauge choice, we further confirm our results in Feynman gauge where the Weizsäcker-Williams gluon distribution is interpreted as a transverse momentum broadening of a hard gluons traversing a nuclear medium. The transverse momentum factorization manifests itself in light cone gauge but not so clearly in Feynman gauge. In saturation physics there are two different unintegrated gluon distributions usually encountered in the literature: the Weizsäcker-Williams gluon distribution and the dipole gluon distribution. The first gluon distribution is constructed by solving classical Yang-Mills equation of motion in the McLerran-Venugopalan model, while the second gluon distribution is related to the dipole scattering amplitude. So far, the quantum structure of the dipole gluon distribution has not been thoroughly investigated. Applying the same diagrammatic techniques, we carry out a detail study of the quantum structure of the color dipole gluon distribution, and then compare it with that of the Weizsäcker-Williams gluon distribution.

Orientador: Adriano A. Natale / Banca: Silvio Paolo Sorella / Banca: Arlene Cristina Aguilar / Resumo: O presente trabalho diz respeito ao vértice ghost-gluon da Cromodinâmica Quântica, o qual, de acordo com a identidade de Taylor, não possui correções perturbativas no calibre de Landau para uma determinada configuração de momentos. Estudamos este vértice numa configuração para a qual não há provas de um tal resultado, que é para o momento do gluon igual a zero. Para tanto, adotamos a abordagem da "Teoria Dinâmica de Perturbação", que consiste em inserir características não perturbativas da teoria em sua expansão perturbativa. Trata-se de uma tentativa de caráter fenomenológico apenas, que objetiva explorar propriedades da teoria no domínio infravermelho por meio de cálculos de loop. Utilizamos duas informações não perturbativas: Primeiramente, uma massa finita do gluon, visto que há consideráveis indicações de que ele apresente uma massa, embora esta seja o que se chama de dinâmica - ela, inerentemente, varia de um valor finito no infravermelho para zero no ultravioleta. Em segundo, um resultado recente acerca da carga efetiva da Cromodinâmica Quântica, na qual é considerada uma massa dinâmica do gluon. Calculamos então a correção, a 1 loop, do vértice ghost-gluon, com o fim de verificar o quão próxima a função de renormalização (~Z1) desse vértice é de 1. O resultado obtido foi positivo neste sentido: ~Z1 difere pouco de 1, como mostrado no Cap. 5. O resultado, ainda, é melhor ajustado aos dados da rede quando consideramos a referida carga efetiva, do que quando usamos a constante de acoplamento como um parâmetro de ajuste. Portanto, nossa abordagem um tanto fenomenológica, baseada numa massa dinâmica do gluon, é ao menos consistente e dá suporte à aproximação ~Z1 1, comumente efetuada no estudo das equações de Schwinger-Dyson da Cromodinâmica Quântica / Abstract: The present work concerns the ghost-gluon vertex of Quantum Chromodynamics, which, according to the Taylor identity, has no perturbative corrections to any order, in the Landau gauge and for a specific momentum configuration. We study this vertex for a momentum configuration for which there is no proof of such a result, which is the one with a zero gluon momentum. The framework we adopt for it is the "Dynamical Perturbation Theory" approach, which consists of inserting some nonperturbative information of the theory into its perturbative expansion. It is a phenomenological attempt only, intended to probe infrared properties of the theory by means of loop calculations. We have made use of two nonperturbative informations: First, a finite gluon mass, since there are even more indications that the gluon presents a mass, though it is a dynamical one - it intrinsically changes from finite in the infrared, to zero in the ultraviolet. Second, a recent result on the effective charge of Quantum Chromodynamics, which itself considers a dynamical gluon mass. We calculate the 1-loop correction to the ghost-gluon vertex, aiming at verifying how close to 1 the ghost-gluon vertex renormalization function (~Z1) is. The result obtained was positive in this direction: ~Z1 does not differ much from unity, as shown in Chap.5. Moreover, our result ts better the lattice data when we consider the mentioned effective charge, than when we set the coupling constant as a t parameter. Therefore, our somewhat phenomenological approach based on a dynamical gluon mass is, at least, consistent, and supports the approximation ~Z1 1, usually performed in the study of the Schwinger-Dyson equations of Quantum Chromodynamics / Mestre

Numa colisão hadrônica em altas energias, a densidade de quarks e glúons dentro do hádron cresce rapidamente, o que leva também ao crescimento das seções de choque. Esse comportamento, previsto pela Cromodinâmica Quântica (QCD), foi revelado experimentalmente pela primeira vez através das medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) elétron-próton, o processo mais simples que descreve as propriedades da QCD no regime de altas energias. No formalismo de dipolos, as seções de choque do DIS podem ser expressas em termos da amplitude de espalhamento dipolo-próton, cuja evolução com a energia é descrita pela QCD perturbativa por meio de equações de evolução não-lineares. A mais simples dessas equações é a equação de Balitsky-Kovchegov (BK), que consiste em uma aproximação de campo médio das equações de Balitsky-JIMWLK e cujas principais propriedades são extraídas no espaço de momentum. A partir dessas propriedades, desenvolvemos o modelo AGBS para a amplitude de espalhamento dipolo-próton no espaço de momentum. Esse modelo fenomenológico é utilizado para descrever medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) da função de estrutura do próton F2. A descrição dos dados mais recentes do DIS é realizada através do procedimento de ajuste e inclui a contribuição de quarks pesados. Uma análise similar, usando o mesmo modelo e o mesmo conjunto de dados de F2, inclui o efeito das flutuações no número de glúons, cuja importância foi descoberta apenas recentemente. Devido à complexidade das equações da QCD para as amplitudes, alguns modelos simples de partículas têm sido desenvolvidos com o objetivo de compreender melhor a evolução e o espalhamento na QCD em altas energias. Na segunda parte da tese, desenvolvemos um desses modelos, um modelo estocástico (1+1)-dimensional, que reproduz a evolução e espalhamento na QCD em altas energias, no caso com parâmetro de impaco fixo. Uma das dimensões corresponde à rapidez, enquanto a outra corresponde ao logaritmo do inverso do tamanho transversal de um dipolo. O modelo exibe um mecanismo de saturação similar à saturação gluônica na QCD, assim como todas as características qualitativas esperadas na QCD, tanto em relação aos aspectos de campo médio como aos efeitos de flutuações com parâmetro de acoplamento fixo. O modelo se encontra na classe de universalidade do processo de reação-difusão, como também esperado para a QCD. As equações de evolução para as amplitudes geradas por este modelo aparecem como uma extensão natural das equações Balitsky-JIMWLK da QCD, nas quais o alvo e o projétil são tratados simetricamente. / In a high energy hadron collision the density of quarks and gluons inside the hadron grows fast , which leads to the growth of the cross sections. This behaviour, predicted by Quantum Chromodynamics (QCD), was experimentally revealed for the first time through the measurements of electron-proton deep inelastic scattering (DIS), the simplest process which describes the properties of QCD in the high energy regime. Within the dipole picture, the DIS cross sections can be expressed in terms of the dipoleproton scattering amplitude, whose evolution with energy is described by perturbative QCD through nonlinear evolution equations. The simplest of them is the Balitsky-Kovchegov (BK) equation, which consists in a mean field approximation of the Balitsky-JIMWLK equations and whose main properties are extracted in momentum space. From these properties, we develop the AGBS model for the dipole-proton scattering amplitude in momentum space. This phenomenological model is used to describe measurements of deep inelastic scattering (DIS) of the F2 proton structure function. The description of the most recent DIS data is done by the fitting procedure and includes heavy quark contribution. A similar analysis, using the same model and the same data set, includes the effect of the gluon number fluctuations, whose importance has been only recently discovered. Because of the complexity of the QCD equations for the amplitudes, some simple particle models have been developed aiming to better understand the evolution and scattering in QCD at high energies. In the second part of the thesis, we develop one of these models, a (1+1)-dimensional stochastic model, which reproduces the QCD evolution and scattering at high energies at fixed impact parameter. One of the dimensions corresponds to rapidity, while the another corresponds to the logarithm of the inverse of the size of a dipole. The model exhibits a saturation mechanism similar to the gluon saturation in QCD, as well as all the qualitative features expected in QCD, concerning both mean field aspects and the effects of fluctuations at fixed coupling. The model appears to be in the universality class of the reaction-diffusion process, as also expected for QCD. The evolution equations for the amplitudes generated by the model appear a natural extension of the QCD Balitsky- JIMWLK equations, in which the target and the projectile are symmetrically treated.

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Thesis (Ph. D.)--University of California, Riverside, 2009. / Includes abstract. Includes bibliographical references (leaves 248-250). Issued in print and online. Available via ProQuest Digital Dissertations.

Numa colisão hadrônica em altas energias, a densidade de quarks e glúons dentro do hádron cresce rapidamente, o que leva também ao crescimento das seções de choque. Esse comportamento, previsto pela Cromodinâmica Quântica (QCD), foi revelado experimentalmente pela primeira vez através das medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) elétron-próton, o processo mais simples que descreve as propriedades da QCD no regime de altas energias. No formalismo de dipolos, as seções de choque do DIS podem ser expressas em termos da amplitude de espalhamento dipolo-próton, cuja evolução com a energia é descrita pela QCD perturbativa por meio de equações de evolução não-lineares. A mais simples dessas equações é a equação de Balitsky-Kovchegov (BK), que consiste em uma aproximação de campo médio das equações de Balitsky-JIMWLK e cujas principais propriedades são extraídas no espaço de momentum. A partir dessas propriedades, desenvolvemos o modelo AGBS para a amplitude de espalhamento dipolo-próton no espaço de momentum. Esse modelo fenomenológico é utilizado para descrever medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) da função de estrutura do próton F2. A descrição dos dados mais recentes do DIS é realizada através do procedimento de ajuste e inclui a contribuição de quarks pesados. Uma análise similar, usando o mesmo modelo e o mesmo conjunto de dados de F2, inclui o efeito das flutuações no número de glúons, cuja importância foi descoberta apenas recentemente. Devido à complexidade das equações da QCD para as amplitudes, alguns modelos simples de partículas têm sido desenvolvidos com o objetivo de compreender melhor a evolução e o espalhamento na QCD em altas energias. Na segunda parte da tese, desenvolvemos um desses modelos, um modelo estocástico (1+1)-dimensional, que reproduz a evolução e espalhamento na QCD em altas energias, no caso com parâmetro de impaco fixo. Uma das dimensões corresponde à rapidez, enquanto a outra corresponde ao logaritmo do inverso do tamanho transversal de um dipolo. O modelo exibe um mecanismo de saturação similar à saturação gluônica na QCD, assim como todas as características qualitativas esperadas na QCD, tanto em relação aos aspectos de campo médio como aos efeitos de flutuações com parâmetro de acoplamento fixo. O modelo se encontra na classe de universalidade do processo de reação-difusão, como também esperado para a QCD. As equações de evolução para as amplitudes geradas por este modelo aparecem como uma extensão natural das equações Balitsky-JIMWLK da QCD, nas quais o alvo e o projétil são tratados simetricamente. / In a high energy hadron collision the density of quarks and gluons inside the hadron grows fast , which leads to the growth of the cross sections. This behaviour, predicted by Quantum Chromodynamics (QCD), was experimentally revealed for the first time through the measurements of electron-proton deep inelastic scattering (DIS), the simplest process which describes the properties of QCD in the high energy regime. Within the dipole picture, the DIS cross sections can be expressed in terms of the dipoleproton scattering amplitude, whose evolution with energy is described by perturbative QCD through nonlinear evolution equations. The simplest of them is the Balitsky-Kovchegov (BK) equation, which consists in a mean field approximation of the Balitsky-JIMWLK equations and whose main properties are extracted in momentum space. From these properties, we develop the AGBS model for the dipole-proton scattering amplitude in momentum space. This phenomenological model is used to describe measurements of deep inelastic scattering (DIS) of the F2 proton structure function. The description of the most recent DIS data is done by the fitting procedure and includes heavy quark contribution. A similar analysis, using the same model and the same data set, includes the effect of the gluon number fluctuations, whose importance has been only recently discovered. Because of the complexity of the QCD equations for the amplitudes, some simple particle models have been developed aiming to better understand the evolution and scattering in QCD at high energies. In the second part of the thesis, we develop one of these models, a (1+1)-dimensional stochastic model, which reproduces the QCD evolution and scattering at high energies at fixed impact parameter. One of the dimensions corresponds to rapidity, while the another corresponds to the logarithm of the inverse of the size of a dipole. The model exhibits a saturation mechanism similar to the gluon saturation in QCD, as well as all the qualitative features expected in QCD, concerning both mean field aspects and the effects of fluctuations at fixed coupling. The model appears to be in the universality class of the reaction-diffusion process, as also expected for QCD. The evolution equations for the amplitudes generated by the model appear a natural extension of the QCD Balitsky- JIMWLK equations, in which the target and the projectile are symmetrically treated.

Numa colisão hadrônica em altas energias, a densidade de quarks e glúons dentro do hádron cresce rapidamente, o que leva também ao crescimento das seções de choque. Esse comportamento, previsto pela Cromodinâmica Quântica (QCD), foi revelado experimentalmente pela primeira vez através das medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) elétron-próton, o processo mais simples que descreve as propriedades da QCD no regime de altas energias. No formalismo de dipolos, as seções de choque do DIS podem ser expressas em termos da amplitude de espalhamento dipolo-próton, cuja evolução com a energia é descrita pela QCD perturbativa por meio de equações de evolução não-lineares. A mais simples dessas equações é a equação de Balitsky-Kovchegov (BK), que consiste em uma aproximação de campo médio das equações de Balitsky-JIMWLK e cujas principais propriedades são extraídas no espaço de momentum. A partir dessas propriedades, desenvolvemos o modelo AGBS para a amplitude de espalhamento dipolo-próton no espaço de momentum. Esse modelo fenomenológico é utilizado para descrever medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) da função de estrutura do próton F2. A descrição dos dados mais recentes do DIS é realizada através do procedimento de ajuste e inclui a contribuição de quarks pesados. Uma análise similar, usando o mesmo modelo e o mesmo conjunto de dados de F2, inclui o efeito das flutuações no número de glúons, cuja importância foi descoberta apenas recentemente. Devido à complexidade das equações da QCD para as amplitudes, alguns modelos simples de partículas têm sido desenvolvidos com o objetivo de compreender melhor a evolução e o espalhamento na QCD em altas energias. Na segunda parte da tese, desenvolvemos um desses modelos, um modelo estocástico (1+1)-dimensional, que reproduz a evolução e espalhamento na QCD em altas energias, no caso com parâmetro de impaco fixo. Uma das dimensões corresponde à rapidez, enquanto a outra corresponde ao logaritmo do inverso do tamanho transversal de um dipolo. O modelo exibe um mecanismo de saturação similar à saturação gluônica na QCD, assim como todas as características qualitativas esperadas na QCD, tanto em relação aos aspectos de campo médio como aos efeitos de flutuações com parâmetro de acoplamento fixo. O modelo se encontra na classe de universalidade do processo de reação-difusão, como também esperado para a QCD. As equações de evolução para as amplitudes geradas por este modelo aparecem como uma extensão natural das equações Balitsky-JIMWLK da QCD, nas quais o alvo e o projétil são tratados simetricamente. / In a high energy hadron collision the density of quarks and gluons inside the hadron grows fast , which leads to the growth of the cross sections. This behaviour, predicted by Quantum Chromodynamics (QCD), was experimentally revealed for the first time through the measurements of electron-proton deep inelastic scattering (DIS), the simplest process which describes the properties of QCD in the high energy regime. Within the dipole picture, the DIS cross sections can be expressed in terms of the dipoleproton scattering amplitude, whose evolution with energy is described by perturbative QCD through nonlinear evolution equations. The simplest of them is the Balitsky-Kovchegov (BK) equation, which consists in a mean field approximation of the Balitsky-JIMWLK equations and whose main properties are extracted in momentum space. From these properties, we develop the AGBS model for the dipole-proton scattering amplitude in momentum space. This phenomenological model is used to describe measurements of deep inelastic scattering (DIS) of the F2 proton structure function. The description of the most recent DIS data is done by the fitting procedure and includes heavy quark contribution. A similar analysis, using the same model and the same data set, includes the effect of the gluon number fluctuations, whose importance has been only recently discovered. Because of the complexity of the QCD equations for the amplitudes, some simple particle models have been developed aiming to better understand the evolution and scattering in QCD at high energies. In the second part of the thesis, we develop one of these models, a (1+1)-dimensional stochastic model, which reproduces the QCD evolution and scattering at high energies at fixed impact parameter. One of the dimensions corresponds to rapidity, while the another corresponds to the logarithm of the inverse of the size of a dipole. The model exhibits a saturation mechanism similar to the gluon saturation in QCD, as well as all the qualitative features expected in QCD, concerning both mean field aspects and the effects of fluctuations at fixed coupling. The model appears to be in the universality class of the reaction-diffusion process, as also expected for QCD. The evolution equations for the amplitudes generated by the model appear a natural extension of the QCD Balitsky- JIMWLK equations, in which the target and the projectile are symmetrically treated.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-03Bitstream added on 2014-06-13T20:23:06Z : No. of bitstreams: 1 aguilar_ac_dr_ift.pdf: 1161016 bytes, checksum: 84481c94c9eb08c4b2373598d751b55b (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O sistema complexo de equações de Schwinger-Dyson nos fornece uma abordagem não perturbativa na qual as propriedades infravermelhas da QCD, tais como comportamento de propagadores e vértices podem ser estudados. Utilizando essas equações, o comportamento do propagador do gluon é estudado, no gauge de Landau, do regime perturbativo ao não-perturbativo. Entretanto para fazer essa torre de equações tratável, algumas aproximações são necessárias. Aqui nós vamos discutir dois esquemas diferentes que foram aplicados na equação de Schwinger-Dyson: a aproximação de Mandelstam e o sistema acoplado gluon-ghost. A primeira aproximação consiste em desprezar todas as contribuições que vêem dos campos de férmions e ghosts, enquanto que na segunda aproximação, os campos de ghosts são levados em conta, nos levando a um sistema de equações integrais acopladas. Em ambos os casos, nós mostraremos que uma massa dinâmica para o gluon surge como solução, e algumas de suas propriedades, tais como sua dependência com a escala da QCD, 'lâmbda IND.QCD', e seu comportamento perturbativo serão discutidos. / The complex system of Schwinger-Dyson equations (SDE) provides a non-perturbative framework in which we can study the infrared properties of QCD such as propagators and vertex. Using SDE, the behavior of gluon propagator is studied in Landau Gauge from perturbative to non-perturbative regimes. However to make this tower of equations tractable some approximations are needed. Here we discuss two different schemes which were applied for the SDE: the Mandelstam and gluon-ghost approximaions. The former consist in neglecting all contributions that come from fermions and ghosts fields while in the latter, the ghosts field are taken into account which lead to a coupled system of integral equations. In both cases, we show that a dynamical mass for the gluon propagator arises as a solution, and some of its properties, such as its dependency on 'lâmbda IND.QCD' and how is its behavior at large momenta, will also be discussed.