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Nesta tese investigamos uma possível componente de partículas previstas por modelos além do modelo padrão da física de partículas, como por exemplo o massive gluino LSP, nos raios cósmicos de altíssimas energias (UHECR). Nosso objetivo é determinar os sinais experimentais em telescópios de fluorescência devidos a hádrons exóticos massivos e neutros, genericamente denominados de UHECRons. Para simular chuveiros iniciados por essa classe de partículas, alteramos o pacote Aires de simulação de chuveiros atmosféricos e o modelo hadrônico Sibyll. Estes chuveiros foram utilizados como entrada em simulações de telescópios de fluorescência por nós desenvolvidas, obtendo-se assim as distribuições dos observáveis desses chuveiros exóticos. A partir da comparação entre as características de chuveiros iniciados uhecrons e prótons, desenvolvemos métodos para a separação de sinais entre esses dois tipos de partículas. Esses métodos podem ser utilizados em uma análise inicial, com o intuito de procurar por sinais de partículas exóticas nos dados reais de observatórios de UHECR. / In this thesis we investigate a possible component of particles predicted by models beyond the standard model of particle physics, like the massive gluino LSP, in the ultra high energy cosmic rays (UHECR). Our objective is to determine the experimental signals on fluorescence telescopes due to exotic massive and neutral hadrons, generically called UHECRons. To simulate showers initiated by this class of particle, we altered the shower simulation package Aires and the hadronic model Sibyll. These showers were used as input in our simulations of fluorescence telescopes, thus obtaining the distribuitons of the observables for these exotic showers. By comparing the characteristics of showers initiated by uhecrons and protons, we developed methods to distinguish the signals between these two particles. These methods can be used in an initial analysis in order to look for signals of exotic particles in the real data of UHECR observatories.

Nesta tese investigamos uma possível componente de partículas previstas por modelos além do modelo padrão da física de partículas, como por exemplo o massive gluino LSP, nos raios cósmicos de altíssimas energias (UHECR). Nosso objetivo é determinar os sinais experimentais em telescópios de fluorescência devidos a hádrons exóticos massivos e neutros, genericamente denominados de UHECRons. Para simular chuveiros iniciados por essa classe de partículas, alteramos o pacote Aires de simulação de chuveiros atmosféricos e o modelo hadrônico Sibyll. Estes chuveiros foram utilizados como entrada em simulações de telescópios de fluorescência por nós desenvolvidas, obtendo-se assim as distribuições dos observáveis desses chuveiros exóticos. A partir da comparação entre as características de chuveiros iniciados uhecrons e prótons, desenvolvemos métodos para a separação de sinais entre esses dois tipos de partículas. Esses métodos podem ser utilizados em uma análise inicial, com o intuito de procurar por sinais de partículas exóticas nos dados reais de observatórios de UHECR. / In this thesis we investigate a possible component of particles predicted by models beyond the standard model of particle physics, like the massive gluino LSP, in the ultra high energy cosmic rays (UHECR). Our objective is to determine the experimental signals on fluorescence telescopes due to exotic massive and neutral hadrons, generically called UHECRons. To simulate showers initiated by this class of particle, we altered the shower simulation package Aires and the hadronic model Sibyll. These showers were used as input in our simulations of fluorescence telescopes, thus obtaining the distribuitons of the observables for these exotic showers. By comparing the characteristics of showers initiated by uhecrons and protons, we developed methods to distinguish the signals between these two particles. These methods can be used in an initial analysis in order to look for signals of exotic particles in the real data of UHECR observatories.

Orientador: Marcio José Menon / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T19:57:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_PauloVictorRecchiaGomesda_M.pdf: 2869539 bytes, checksum: f4a19979ffd76131dcd50a629c0afdfd (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Ao longo dos últimos anos a Cromodinâmica Quântica (QCD) tem se estabelecido como a teoria quântica de campos das interações fortes. Entretanto, os estados de espalhamento elástico de hádrons em altas energias não possuem uma descrição formal a partir dos primeiros princípios da teoria. Como consequência, esses processos são ainda estudados num contexto eminentemente fenomenológico, constituindo um problema em aberto para a QCD. Os novos dados experimentais de espalhamentos elástico e detrativo próton-próton, obtidos recentemente pela Colaboração TOTEM no LHC/CERN a 7 e 8 TeV, têm permitido importantes testes de previsões de modelos fenomenológicos e originado também novos desafios para a QCD. Em especial, o crescimento com a energia da seção de choque total, stot(s) (grandeza correlacionada ao espalhamento elástico através do teorema óptico), não possui uma descrição baseada exclusivamente na QCD e previsões de modelos fenomenológicos representativos para a seção de choque diferencial, nas regiões de médio e grande momento transferido na colisão, apresentam desacordo com os dados experimentais recentemente obtidos a 7 TeV. Esses dois aspectos, associados ás seções de choque total e diferencial, constituem o tema central desta dissertação e são abordados através de dois estudos independentes. No primeiro estudo, apresentamos uma análise sobre o crescimento da stot(s) próton-próton (pp) e antipróton-próton (pp), através de ajustes de diferentes parametrizações analíticas aos dados experimentais acima de 5 GeV (incluindo os dados mais recentes obtidos a 7 e 8 TeV). Os resultados indicam soluções consistentes com um crescimento dessa grandeza mais rápido que a dependência com o quadrado do logaritmo da energia, estabelecida pelo limite de Froissart-Martin. Esse comportamento não implica, necessariamente, em violação da unitaridade, segundo estudo formal recente de Ya. Azimov, referido no texto. Extensões das parametrizações para ajustes de dados experimentais da seção de choque elástica integrada (sel) indicam valores assintóticos para a razão sel=stot inferiores ao limite 1/2 do disco negro. No segundo estudo, apresentamos uma análise empírica sobre a aplicabilidade da distribuição de Tsallis na descrição de dados experimentais de seção de choque diferencial pp, na região de médio e grande momento transferido e intervalo de energia de 19.4 GeV a 7 TeV. Os resultados apresentam consistência com todos os dados experimentais analisados. Para o conjunto a 7 TeV, extrapolação do resultado para a região de grande momento transferido prevê um decréscimo monotonico (sem oscilação) da seção de choque diferencial, o que também indica desacordo com o cenário de disco negro como limite assintótico (oscilações) / Abstract: The Quantum Chromodynamics (QCD) has been recognized as the quantum field theory of the strong interactions. However, QCD is not yet able to provide a formal description of the high-energy elastic hadron scattering from its _rst principles. As a consequence, the theoretical investigation of these processes still has a strictly phenomenological character, constituting, therefore, an open problem for QCD. New experimental data on proton-proton elastic and di_ractive scattering, recently obtained by the TOTEM Collaboration at 7 and 8 TeV (LHC/CERN), have allowed important tests on different phenomenological predictions and have also provided new challenges for the QCD. Of interest here, we mention that the rise of the total cross section with the energy, stot(s), a quantity related to the elastic scattering through the optical theorem, can not be accessed by QCD without model assumptions; moreover, predictions from representative phenomenological models for the differential cross section at intermediate and large values of the momentum transfer present no agreement with the experimental data recently obtained at 7 TeV. These two aspects, related to the total and differential cross sections, constitute the central subject of this thesis and are treated here through two independent studies. In the first study, an analysis on the rise of stot(s) from proton-proton (pp) e antiproton-proton (pp) scattering is presented. We consider different analytic parametrizations and fits to the experimental data above 5 GeV (including the recent measurements at 7 and 8 TeV). The results indicate consistent solutions with a rise of stot(s) faster than the log-squared bound predicted by Froissart and Martin. This behavior, according to recent formal results by Ya. Azimov, does not necessarily mean violation of unitarity. Extensions of the parametrizations to _t the elastic (integrated) cross section data, sel, lead to asymptotic values for the ratio sel=stot below the limit 1/2 of the black-disc. In the second study, an empirical analysis on the applicability of the Tsallis distribution in the description of the pp di_erential cross section data at intermediate and large values of the momentum transfer and energy interval 19.4 GeV - 7 TeV is presented. The results show consistence with all the experimental data investigated. At 7 TeV, extrapolation of the _t result to large values of the momentum transfer indicates a monotonic decrease of the di_erential cross section (without oscillation), a result also in contrast with the black-disc as an asymptotic scenario / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Marcio José Menon, Adriano Antonio Natale / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:42:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fagundes_DanielAlmeida_D.pdf: 3380651 bytes, checksum: 08e93d3ece7547315d7bffe849dfcaf5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Assim como a Eletrodinâmica Quântica (QED) representa a teoria fundamental das interações eletromagnéticas no domínio subatômico, a Cromodinâmica Quântica (QCD) qualifica-se atualmente como a melhor candidata a teoria fundamental das interações fortes - presentes no domínio nuclear, em distâncias características 1 fm (1015 m). Como uma teoria fundamental, a QCD busca descrever a estrutura de hádrons e núcleos em termos dos campos elementares de quarks e glúons. Por um lado, muitas de suas previsões tem sido confirmadas ao longo dos anos por experimentos realizados em aceleradores de partículas. Por outro lado, certos fenômenos ainda não encontram descrição completa no âmbito da QCD e carecem de investigação profunda, como é o caso dos espalhamentos hadrônicos suaves (a pequeno momento transferido) em altas energias, principal objeto de estudo dessa tese. Do ponto de vista teórico, devido à ausência de um formalismo único, fundamentado na QCD, capaz de tratar de forma sistemática o setor não-perturbativo, torna-se um desafio explicar a dinâmica dos processos difrativos suaves, elásticos e dissociativos, em termos fundamentais. Por essa razão, estudos desses processos têm sido realizados no escopo fenomenológico, visando extrair propriedades gerais das interações hadrônicas no regime de altas energias. Nesse contexto, dedicamo-nos nesta tese à apresentação de um estudo abrangente sobre o espalhamento elástico de hádrons com foco na fronteira de energia explorada no LHC, utilizando abordagens empíricas e fenomenológicas dos espalhamentos protón-próton (pp) e antipróton-próton em energias de centro de massa no intervalo, (s)^(1/2) = 5 GeV - 8 TeV. Investigamos ainda a saturação de limites de unitaridade em colisões pp e propriedades físicas das interações hedônicas em altíssimas energias. A apresentação dos resultados da tese abrange três abordagens distintas e efetivas para a análise e descrição de dados experimentais de grandezas físicas dos espalhamentos pp e pp. Inicialmente, discutimos a aplicabilidade de um modelo inspirado em QCD para o espalhamento elástico, o qual apresenta conexões explicitas com aspectos da dinâmica do setor não-perturbativo, de forma vinculada a resultados recentes de QCD na rede e de soluções de Equações de Schwinger-Dyson (SDE). O ponto central dessa abordagem é o estudo da influência de uma escala de massa, m0, associada à geração dinâmica de massa de gluons na região não-perturbativa da QCD. Em seguida, tratamos o problema do crescimento das seções de choque total, elástica e inelástica através de duas abordagens empíricas dos espalhamentos próton-próton e antipróton-proton e discutimos três possíveis cenários de saturação (assintótica) da razão entre as seções de choque elástica e total. Por fim, investigamos o problema da seção de choque diferencial elástica no LHC _a luz do modelo empírico de Barger-Phillips para a amplitude de espalhamento. Propomos a utilização desse modelo para descrição dos dados experimentais em 7 TeV da Colaboração TOTEM e apresentamos previsões para a seção de choque diferencial nas energias 8 TeV e 14 TeV do LHC. No âmbito desse modelo, assumimos a saturação de duas regras de soma assintóticas para a amplitude de espalhamento elástico, e estudamos o caso particular de saturação assintótica do limite de disco negro, estimando o valor de energia no qual tal limite poderia ser atingido / Abstract: Just as Quantum Electrodynamics (QED) is the fundamental theory of electromagnetic interactions at the subatomic level, Quantum Chromodynamics (QCD) currently qualifies as the best candidate of an elementary theory of strong interactions - participating in hadronic reactions at typical distances ~ 1 fm (1015 m). As a fundamental theory, QCD seeks to describe the structure of hadrons and nuclei in terms of the elementary fields of quarks and gluons. On the one hand, many of its predictions have been confirmed in experiments using particle accelerators. On the other hand, several other phenomena still lack a full description in QCD and require thorough investigation, such as soft hadron-hadron scattering (at small momentum transfer) at high energies, the main object of study of this thesis. From the theoretical point of view, due to the absence of a formalism fully based on QCD, being able to treat systematically the nonperturbative sector, it becomes a challenge to explain the dynamical features of soft diffractive processes, elastic and inelastic dissociation, in fundamental terms. For this particular reason, studies of these processes have been done in the phenomenological scope, aiming to extract general properties of hadronic interactions at high energies. In this doctoral thesis we present a comprehensive study of elastic hadron scattering with focus in the energy frontier explored at the LHC, using empirical and phenomenological approaches to treat proton-proton and antiproton-proton scattering at center of mass energies in the range (s)^(1/2) = 5 GeV - 8 TeV. Moreover, we investigate possible scenarios of unitarity saturation in pp collisions and asymptotic properties of hadronic interactions. The results displayed here encompass three distinct approaches to elastic pp and _pp hadron scattering at high energies, being effective in the description of all experimental data analyzed. Firstly, we discuss the applicability of a QCD-inspired model to elastic scattering, with the main virtue of providing explicit connections with the dynamics of nonperturbative QCD, linked to recent results from lattice QCD and solutions of Schwinger-Dyson Equations (SDE) for the gluon propagator. In effect, the major goal of this approach, henceforth called DGM (Dynamical Gluon Mass), is to study the influence of a mass scale, m0, related to dynamical gluon mass generation at the infrared QCD sector. Secondly, one treats the problem of the rise of total, elastic and inelastic cross sections in proton-proton and antiproton-proton scattering from an empirical perspective, discussing three possible scenarios of saturation of the ratio between the total and elastic cross sections. Finally, we investigate the problem of the elastic differential cross section at the LHC in the light of an empirical model for the scattering amplitude by Barger and Phillips. We propose to use this model to describe the experimental data by the TOTEM Collaboration at 7 TeV and give predictions for the differential elastic cross section at LHC higher energies 8 TeV and 14 TeV. Using this model, we assume the saturation of two asymptotic sum rules for the elastic amplitude in order to estimate the energy frontier in which the black disc limit might be achieved / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Edmilson José Tonelli Manganote, José Augusto Chinellato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-31T19:37:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AndreVieirada_M.pdf: 2116619 bytes, checksum: 5594853aef0531bf0dd2835de169710d (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Nesse trabalho, estudamos os processos difrativos nos eventos de interação hadrônica, observados pelos experimentos dos aceleradores HERA, TEVATRON e LHC. Analisamos uma categoria específica de eventos, os chamados eventos C-jatos, observados pela CBJ através exposição de detectores (Câmara de Emulsão Nuclear) à radiação cósmica, no Monte Chacaltaya. Nessa análise foram obtidas as distribuições de multiplicidade e energia em função do ângulo azimutal e a pseudorapidez, a partir dos dados de posição e energia dos eventos C-jatos. Essas distribuições são fundamentais na busca por uma compreensão dos processos de interação que deram origem aos eventos C-jatos. Os resultados da análise mostram as características de uma partícula líder nos eventos C-jatos, numa região frontal em alta pseudorapidez (6 ? ? ? 15) não observada pelos detectores dos aceleradores. Essas características experimentais podem ser indícios a respeito de física difrativa em eventos da radiação cósmica. Em particular, comparamos as distribuições dos eventos C-jatos com as distribuições geradas pelo simulador PYTHIA 8 para processos elásticos e difrativos, na busca por uma caracterização dos eventos C-jatos / Abstract: In this work, we study the diffractive processes in the hadronic interaction events observed by the HERA, TEVATRON and LHC accelerator experiments. We analyzed a specific category of events, the so-called C-jets events, observed by CBJ through exposure of detectors (Nuclear Emulsion Chamber) to cosmic radiation in Mount Chacaltaya. In this analysis the multiplicity and energy distributions were obtained as a function of the azimuth angle and the pseudorapidity, from the position and energy data of the C-jets events. These distributions are fundamental in the search for an understanding of the interaction processes that gave rise to the C-jets events. The results of the analysis show the characteristics of an leading particle in the C-jets events, in a front region in high pseudorapidity (6 ? ? ? 15) not observed by the accelerator detectors. These experimental features may be clues about diffractive physics in events of cosmic radiation. In particular, we compared the distributions of C-jets events with the distributions generated by the PYTHIA 8 simulator for elastic and diffractive processes, in the search for a characterization of C-jets events / Mestrado / Física / Mestre em Física / 165762/2014-4 / CNPQ

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Orientador: Márcio José Menon / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T11:17:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fagundes_DanielAlmeida_M.pdf: 4182023 bytes, checksum: ab06bb58827a859896805f7809e62f4d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O tratamento teórico do espalhamento elástico de hádrons em altas energias constitui um problema em aberto, tanto para a teoria quântica de campos das interações fortes, a Cromodinâmica Quântica (QCD), quanto para as diferentes abordagens fenomenológicas. Neste trabalho apresentamos um estudo sobre o problema inverso do espalhamento elástico de hádrons nas representações de parâmetro de impacto e eiconal, especificamente, sobre a extração empírica das funções de perfil, recobrimento inelástica e eiconal a partir dos dados experimentais e com base somente em princípios e teoremas gerais em altas energias (independentes de modelo). Por condição de aplicabilidade e interesse atual o estudo é restrito ao espalhamento elástico próton-próton na região de energias de centro de momentos 19.4 a 62.5 GeV. Em particular, é introduzida uma nova representação para a Fórmula da Parte Real de Martin, independente de invariância de escala e adequada a parametrizações empíricas de dados experimentais. Através dessa representação e de duas outras parametrizações empíricas desenvolvidas previamente (vinculada e não-vinculada), determinam-se várias características da função de recobrimento inelástica e da parte imaginária da função eiconal (opacidade) no espa¸ co de momento transferido, destacando-se: (1) evidência de um efeito periférico ("cauda") na função de recobrimento inelástica na região de parâmetro de impacto acima de 2 fm; (2) desenvolvimento de parametrizações analíticas para essa função indicando componentes gaussinas com centros em 0.0, ~0 7 e ~1 3 fm; (3) evidência de um zero finito (troca de sinal) na função opacidade no espaço de momento transferido; (4) desenvolvimento de parametrizações empíricas para essa função indicando fatores de forma tipo produto de dois monopólos com parâmetros vinculados (e não dipolo) e um termo com zero; (5) estudo detalhado da determinação da função opacidade no espaço de momento transferido através da abordagem semi-analítica (métodos semi-analítico, de termo explícito e de termo explícito condicionado). Discutem-se também implementações que possam ser introduzidas em modelos eiconais, em especial inspirados em QCD, a partir dos resultados empíricos obtidos nesse trabalho / Abstract: The theoretical description of high-energy elastic hadron scattering constitutes an open problem in both, the underlying quantum field theory of strong interactions (QCD) and the phenomenological context. In this work the inverse problem in elastic hadron scattering is discussed in the impact parameter and eikonal frameworks, specifically a study on the empirical extraction of the profile, the inelastic overlap and the eikonal functions, from the experimental data and some principles and high-energy theorems (model independent). The analysis is limited to elastic proton-proton scattering in the center of momentum energy interval 19.4 - 62.5 GeV. In particular, a novel representation for the Martin¿s Real Part Formula is introduced but without the scaling property and suitable for empirical analysis. By means of this representation, and two other parametrizations previously introduced (constrained and unconstrained), several properties of the inelastic overlap function and the imaginary part of the eikonal (opacity) in the momentum transfer space are determined, in special: (1) evidence of a peripheral effect (tail) in the inelastic overlap function in the parameter impact space above 2 fm; (2) development of analytical parametrizations for this function leading to three gaussian components with centers at 0.0, ~0 7 and ~1 3 fm; (3) evidence of a finite zero (change of sign) in the opacity function in the momentum transfer space; (4) development of empirical parametrization for this function consistent with form factors as a product of two monopoles with constrained masses (not a dipole type) and a term with zero; (5) detailed discussion on the determination of the opacity function in the momentum transfer space through the semi-analytical approach. The applicability of these empirical results in the development of eikonal models (mainly those inspired in QCD) is also discussed / Mestrado / Reações Específicas e Fenomenologia de Partículas / Mestre em Física

Orientador: Marcio José Menon / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-03T06:43:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_PauloVictorRecchiaGomesDa_D.pdf: 2099457 bytes, checksum: 1ee131514df28d70491b1009310811be (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: A Cromodinâmica Quântica (QCD) constitui a teoria quântica de campos da interação forte. Apesar do seu sucesso na descrição de diversos processos envolvendo hádrons, o espalhamento elástico ainda é um desafio para a teoria. Este processo é caracterizado por pequeno momento transferido e, nessa escala, não é possível utilizar a abordagem perturbativa. Embora resultados não-perturbativos tenham sido obtidos recentemente, ainda não possuímos uma descrição completa (para qualquer energia e momento transferido) no âmbito da QCD para grandezas físicas associadas ao espalhamento elástico, por exemplo, a seção de choque total ($\sigmatot$), o parâmetro $\rho$, a seção de choque elástica ($\sigmael$) e a seção de choque diferencial. As descrições dos dados experimentais associados baseiam-se em abordagens empíricas e fenomenológicas tais como o Formalismo de Regge-Gribov e modelos inspirados em QCD. Desde o início das operações do LHC, nós tivemos a oportunidade de estudar essas grandezas nas energias mais altas disponíveis em experimentos de aceleradores, especificamente 7 e 8 TeV para o espalhamento próton-próton ($pp$). Nesta tese, o interesse principal é a dependência com a energia de três grandezas, especificamente a razão $X=\sigmael/\sigmatot$, $\sigmatot$ e o parâmetro $\rho$, ou seja, o comportamento destas grandezas em energias altas e assintóticas, bem como a influência de contribuições sub-dominantes para $\sigmatot$. Estes tópicos estão divididos em três estudos independentes, mas complementares, envolvendo aspectos empíricos, fenomenológicos e teóricos. No primeiro tópico, desenvolvemos uma análise empírica da razão $\sigmael/\sigmatot$, a qual está relacionada com a função perfil com parâmetro de impacto nulo (opacidade hadrônica central). Através de parametrizações apropriadas, com um número pequeno de parâmetros livres, obtivemos boas descrições dos dados experimentais dos espalhamentos $pp$ e antipróton-próton ($\ppbar$). A partir dos ajustes aos dados utilizando quatro variantes, concluímos que o cenário assintótico de disco negro não é a única solução e, além disso, os resultados favorecem um cenário de disco cinza. No segundo tópico, estudamos o crescimento de $\sigmatot$ em função da energia através de parametrizações baseadas no formalismo de Regge-Gribov e testamos dois termos dominantes, um logaritmo ao quadrado e um logaritmo elevado a um número real $\gamma$, onde $\gamma$ é um parâmetro livre de ajuste. Adicionalmente, discutimos dois métodos analíticos para conectar as partes real e imaginária da amplitude de espalhamento elástico, especificamente Relações de Dispersão Derivativas (RDD) e Unicidade Assintótica (UA), os quais resultam em diferentes parametrizações para $\sigmatot$ e parâmetro $\rho$. Por sua vez, essas diferenças são também discutidas. Os resultados favorecem a método RDD tanto no contexto formal, quanto no contexto prático. A recente tensão entre os dados das Colaborações TOTEM e ATLAS em 7 e 8 TeV também é discutida e considerada nas reduções de dados. No terceiro e último tópico, dois termos subdominantes de $\sigmatot$ obtidos em uma abordagem não-perturbativa da QCD para o espalhamento elástico são considerados em ajustes aos dados de $pp$ e $\ppbar$, bem como em ajustes aos dados de outras reações bárion-bárion e méson-bárion. Nesta análise, com um parâmetro extra e com informações teóricas adicionais, também obtemos um cenário assintótico de disco cinza / Abstract: Quantum Chromodynamics (QCD) constitutes the quantum field theory of the strong interaction. Despite the success of this theory in the description of several processes involving hadrons, the elastic scattering is still a theoretical challenge. This process is characterized by a small transferred momentum and, in this range, the perturbative techniques are not applicable. Although nonperturbative results have been obtained in recent years, we still do not have a full description within QCD of the quantities related to the elastic scattering, valid for all the energies and transferred momentum, for example, the total cross section ($\sigmatot$), the $\rho$ parameter, the elastic cross section ($\sigmael$) and the differential cross section. The attempts to describe experimental data rely on empirical and phenomenological approaches such as Regge-Gribov Formalism and QCD inspired models. Since the start of Run 1 at the LHC, we have the opportunity to study the quantities above in the largest energies available in accelerator experiments, namely 7 and 8 TeV for proton-proton ($pp$) scattering. In this thesis, the main interest is in the energy dependence of three quantities, the ratio $X=\sigmael/\sigmatot$, the $\sigmatot$ and the $\rho$ parameter, namely the behaviour at high and asymptotic energies, as well as the influence of sub-leading contributions to $\sigmatot$. These topics are divided into three different, but complementary studies, involving empirical, phenomenological and theoretical aspects. In the first topic, we develop an empirical analysis on the ratio $\sigmael/\sigmatot$, a quantity related to the profile function at impact parameter zero (the hadronic central opacity). By means of suitable parameterizations, with a small number of free parameters, we have obtained good descriptions of the experimental data on $pp$ and antiproton-proton ($\ppbar$) data. From the fits with four variants, we conclude that the asymptotic black-disk scenario is not a unique solution and, moreover, the results favour a grey-disk scenario. In the second topic, we study the rise of $\sigmatot$ with the energy through parameterizations based on the Regge-Gribov formalism and we consider two options for the leading terms: a log-square and a log-raised-to-$\gamma$, with $\gamma$ a free fit parameter. In addition, we discuss two analytic methods to connect the real and imaginary parts of the elastic scattering amplitude, namely Derivative Dispersion Relations (DDR) and Asymptotic Uniqueness (AU), which lead to different parameterizations for $\sigmatot$ and the $\rho$ parameter; these differences are critically discussed. The results favour the DDR method in both formal and practical contexts. The recent tension between the TOTEM and ATLAS data at 7 and 8 TeV is discussed and considered in the data reductions. In the third topic, two sub-leading terms for $\sigmatot$, obtained in a nonperturbative QCD approach to the elastic scattering, are considered in fits to $pp$ and $\ppbar$ data and also in fits to data from meson-baryon and other baryon-baryon scattering. In this analysis, with an extra parameter, and with theoretical inputs, we also obtain an asymptotic grey-disk scenario for the colliding particles / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 152985/2013-1 / 2013/27060-3, 2015/21855-0 / CNPQ / FAPESP

Utrahochenergetische kosmische Strahlung (ultra-high-energy cosmic rays -- UHECR) besteht aus ionisierten Atomkernen mit den höchsten Teilchenergien, die je gemessen wurden. Zwar wurden die Quellen von UHECRs noch nicht eindeutig identifiziert, doch gibt es deutliche Anzeichen, dass sie extragalaktisch sind. Um die Beobachtungen zu interpretieren, wird ein Modell der Wechselwirkungen mit Photofeldern sowohl in der Quelle als auch während der extragalaktischen Propagation benötigt. Bei diesen Wechselwirkungen werden sekundäre Neutrinos erzeugt. Diese Dissertation behandelt Modelle der Quellen von UHECRs und die damit verbundene Produktion von Neutrinos sowohl in den Quellen als auch während der Propagation. Dafür wurde ein neuer Code, PriNCe, für die Propagation von UHECRs entwickelt. Dieser Code wird in einem umfangreichen Parameterscan für ein generisches Quellenmodell angewendet, welches mit dem Spektralindex, der maximalen Rigidität, der kosmologischen Quellenverteilung und der chemischen Komposition als freie Parameter definiert ist. Dabei wird der Einfluss von verschiedenen Photodisintegrations- und Luftschauermodellen auf die erwarteten Eigenschaften der Quellen demonstriert. Der Fluss kosmogenischer Neutrinos, der sich daraus robust vorhersagen lässt, liegt außerhalb der Reichweite aller derzeit geplanten Neutrinodetektoren. GRBs als mögliche Quellen von UHECRs werden im Multi-Collision Internal-Shock Modell simuliert, welches die Abhängigkeit der Strahlungsprozesse von den verschiedenen Dissipationsradien im Plasmajet berücksichtigt. Für dieses Modell wird der Effekt demonstriert, den verschiedene Annahmen über die anfängliche Verteilung des Plasmajets und das hydrodynamische Modell auf die resultierende UHECR- und Neutrinosstrahlung haben. Für den Gammastrahlenblitz GRB170817A, welcher zusammen mit einem Gravitationswellensignal beobachtet wurde, werden Vorhersagen für den Neutrinofluss und ihre Abhängigkeit vom Beobachtungswinkel gemacht. / Ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs) are the most energetic particles observed in the Universe. While the astrophysical sources of UHECRs have not yet been uniquely identified, there are strong indications for an extragalactic origin. The interpretation of the observations requires both simulations of UHECR acceleration and energy losses inside the source environment as well as interactions during extragalactic propagation. Due to their extreme energies, UHECR will interact with photons in these environments, producing a flux of secondary neutrinos. This dissertation deals with models of UHECR sources and the accompanying neutrino production in the source environment and during extragalactic propagation. We have developed a new, computationally efficient code, PriNCe, for the extragalactic propagation of UHECR nuclei. The PriNCe code is applied for an extensive parameter scan of a generic source model that is described by the spectral index, the maximal rigidity, the cosmological source evolution and the injected mass composition. In this scan, we demonstrate the impact of different disintegration and air-shower models on the inferred source properties. A prediction for the expected flux of cosmogenic neutrinos is also derived. GRBs are discussed as specific UHECR source candidates in the multi-collision internal-shock model. This model takes the radiation from different radii in the GRB outflow into account. We demonstrate how different assumptions about the initial setup of the jet and the hydrodynamic collision model impact the production of UHECRs and neutrinos. Motivated by the multi-messenger observation of GRB170817A, we discuss the expected neutrino production from this GRB and its dependence on the observation angle. We show that the neutrino flux for this event is at least four orders of magnitude below the detection limit for different geometries of the plasma jet.