Um dos problemas teóricos mais importantes da Física de Partículas de Altas Energias é a investigação de efeitos de alta densidade na Cromodinâmica Quântica (QCD), que é a teoria que descreve as interações fortes. Tais efeitos são importantes pois determinam os observáveis em colisõesde altas energias. Em processos hadrônicos de energia suficientemente alta, espera-se a formação de sistemas densos o suficiente para que efeitos não lineares de QCD passem a ser significativos na descrição e na unitarização da seção de choque. Na descrição de processos de espalhamento de altas energias, evidências experimentais indicam que os hádrons são constituídos por partículas puntuais, as quais chamamos de pártons. Os pártons carregam uma fração x do momentum total do hádron, e são de dois tipos, quarks e glúons. Na interação entre as partículas ocorre a troca de momentum, definida como Q2. A descrição perturbativa padrão para a evolução dinâmica das distribuições de quarks q(x, Q2) e glúons g(x, Q2), pode ser dada pelas equações de evolução DGLAP, e tem obtido sucesso na descrição dos resultados experimentais para as presentes energias. Na evolução DGLAP, são considerados apenas processos de emissão, como a emissão de um glúon por um quark, o decaimento de um glúon em um par de quarks ou em um par de glúons Estes processos de emissão tendem a aumentar a densidade de pártons na região de pequeno momentum, levando a um crescimento ilimitado das distribuições partônicas para x -+ O. Assim, é esperado que o crescimento da densidade de pártons leve a interação e recombinação destas partículas, dando origem a termos não lineares nas equações de evolução. O resultado seria um processo de saturação das distribuições de pártons na região de alta energia e pequena fração de momentum. Os efeitos que dão origem à redução do crescimento das distribuições de quarks e glúons em relação a evolução linear são chamados genericamente de efeitos de sombreamento. Um dos aspectos fenomenológicosinteressantes a ser investigado no regime cinemático abordado acima é o processo Drell-Yan de alta energia, o qual consiste em processos de espalhamento pp, pA e AA com a produção de pares de léptons. Com o advento dos novos aceleradores, novos resultados experimentais estarão disponíveis na literatura relacionados com este processo. Em nosso trabalho investigamos os efeitos das correções de unitariedade em processos pp, bem como os efeitos devido a presença do meio nuclear em colisõespA e AA, nas distribuições de quarks e glúons, para a descrição da seção de choque diferencial para o processo Drell-Yan em colisõespp, pA e AA, para energias existentes nos novos aceleradores RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) e LHC (Large Ion Collider). Os efeitos de alta densidade são baseados no formalismo de Glauber-Mueller. Os resultados aqui apresentados mostram que os efeitos de alta densidade nas distribuições partônicas são importantes para altas energias, pois a descrição da seção de choque para o processo Drell-Yan, quando os efeitos de alta densidade são considerados, apresenta significativas diferenças da descrição onde não considera-se tais efeitos.

Estudamos os espalhamentos elásticos próton-próton (pp) e antipróton-próton (pp) na representação eiconal por meio das duas principais formulações compatíveis com vínculos de analiticidade e unitaridade: a inspirada na Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics, QCD) e a baseada na teoria de Regge. Em modelos inspirados em QCD o aumento das seções de choque hadrônicas está relacionado a espalhamentos semiduros (semihard) entre os pártons no interior dos hádrons. A dependência com energia das seções de choque é devida principalmente a processos de espalhamento elementares envolvendo gluóns. Nesta tese apresentamos um modelo eiconal no qual as divergências presentes em processos platônicos, no limite de pequeno momentum transferido, são regularizadas com a introdução de uma massa dinâmica para o gluóns. O modelo utiliza seções de choque elementares oriundas do modelo a pártons da QCD, funções de distribuição de quarks e gluóns atuais (CTEQ6L,CTEQ6L1 e MSTW) e cortes cinemáticos que restringem os processos elementares ao regime semiduro. Em modelos de polos de Regge o aumento das seções de choque hadrônicas é atribuído a troca de um estado sem cor possuindo os números quânticos do vácuo: o Pomeron. Na perspectiva da QCD o Pomeron pode ser entendido como a troca de pelo menos dois gluóns em um estado singleto de cor, tornando a teoria de Regge um importante guia na busca de uma teoria fundamental para a descrição de processos suaves baseada na QCD. Nesta tese determinamos todos os parâmetros do Pomeron suave usando duas variantes de um modelo de Regge. Na primeira delas a trajetória do Pomeron é linear, enquanto na segunda há a inserção na trajetória da singularidade do canal t mais próxima, o laço (loop) de píons. Em ambas formulações, inspirada em QCD e de Regge, fazemos uma análise detalhada dos dados de seção de choque total e parâmetro finos canais pp e pp e fornecemos previsões para estes observáveis nas energias do Tevatron, LHC e raios cósmicos. / We study the proton-proton (pp) and antiproton-proton ( pp) elastic scattering in the eikonal representation by means of two formulations compatible with analyticity and unitarity constraints: a formulation inspired by Quantum Chromodynamics (QCD) and a formulation based upon Regge theory. In QCD-inspired models the increase of the total cross sections is associated with semihard scatterings of partons in the hadrons. The energy dependence of the cross sections is driven especially by gluon-gluon scattering processes which are potentially divergent at small transferred momenta. In this thesis we present an eikonal model in which these divergences are regulated by the introduction of a dynamical gluon mass. The model is built from the parton model using standard QCD cross sections for elementary parton-level processes, updated sets of quark and gluon distribution functions (CTEQ6L,CTEQ6L1 and MSTW), and physically-motivated cuto s which restrict the elementary processes to semihard ones. In Regge pole models the increase of the hadronic total cross sections is attributed to the exchange of a colorless state having the quantum numbers of the vacuum: the Pomeron. In the QCD framework the Pomeron can be understood as the exchange of at least two gluons in a color singlet state. Hence the Regge theory is an important guide in the search of a fundamental theory for soft processes based upon QCD. In this thesis we determine all the parameters of the soft Pomeron by means of two Regge models. In the rst model the Pomeron trajectory is linear whereas the second have the nearest t-channel singularity of the trajectory, namely the two-pion loop. We perform a detailed analysis of proton-proton and antiproton-proton forward scattering data in both QCD-based and Regge approaches, and give predictions for the total cross section and parameter at Tevatron, LHC, and cosmic-ray energies.

Orientador: Marcio Jose Menon / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-12T16:24:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avila_ReginaFonseca_D.pdf: 3530629 bytes, checksum: 01dc8228fc148fa58b57ef51867e8ee9 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Apresentamos um estudo amplo e abrangente do espalhamento elástico de há drons em altas energias através de três abordagens distintas: analítica, empírica e fenomenológica. A primeira 'e caracterizada pelos princípios de analiticidade e cruzamento, limites polinomiais para a amplitude de espalhamento e relações de dispersão. Em especial, para classes de funções de interesse físico, introduzimos novas relações de dispersão derivativas, que são equivalentes às relações de dispersão integrais. Na segunda abordagem, decorrente do princípio de Unitaridade, tratamos a Representação Eiconal. Nesse contexto, a partir de uma parametrização empírica para a amplitude de espalhamento e um método analítico-numérico, determinamos a eiconal no espaço de momento transferido, de forma independente de modelo. Em especial, obtemos evidência estatística de que a parte imaginária da eiconal apresenta um zero (troca de sinal); as implicações desse zero no contexto fenomenológico são discutidas em certo detalhe. Na abordagem fenomenológica, através de um modelo baseado no formalismo de Regge, estudamos as contribuições do Odderon (amplitude ímpar) e Pomeron (amplitude par) no regime de altas energias. Em especial, descrevemos novos procedimentos que podem levar à detecção do Odderon nos experimentos a serem realizados com aceleradores de partículas, o "Relativistic Heavy Íon Collider"(RHIC) e "Large Hadron Collider"(LHC). / Abstract: We investigate high-energy elastic hadron scattering by means of three different approaches: analytical, empirical, and phenomenological. The first one is characterized by the fundamental principles of analyticity and crossing symmetry, polynomial limits for the scattering amplitude and dispersion relations. In special, for classes of functions of physical interest, we introduce novel derivative dispersion relations wich are equivalent to integral dispersion relations. In the second approach, based on unitarity principle, we treat the eikonal representation. In this context, by means of an empirical parametrization for the scattering amplitude and an analytical-numerical method, we extract the eikonal in the momentum transfer space, in a model independent way. In special, we obtain statistical evidence that the imaginary part of eikonal presents a zero (change of sign) in the momentum transfer space; the implication of this zero in the phenomenological context is discussed in certain detail. In the third approach, through a model based on the Regge formalism, we investigate the contributions of the Odderon (odd amplitude) and the Pomeron (even amplitude) in the high energy region. In special, we describe new procedures that can lead to the detection of the Odderon in the experiments to be performed in particle accelerators, Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC). / Doutorado / Fisica-Matematica / Doutor em Matemática Aplicada

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A search for a heavy new particle Y decaying to a Standard Model Higgs boson H and another new particle X is presented. The search is performed using 139 fb−1 of p−p collision data at √s = 13 TeV recorded by the ATLAS detector. The H boson is identified through its decays to bb, with the only assumption applied to X being that it decays hadronically. The X is identified through a novel anomaly detection method via the use of a Variational Recurrent Neural Network trained directly on data collected by the ATLAS detector. This effort marks the first application of a fully unsupervised machine learning method to an ATLAS analysis. An additional benchmark based on interpreting the Y → XH process in the context of a heavy vector triplet model in which the X decays to two quarks defines an additional signal region in which upper limits on the HVT process cross section are reported at 95% confidence level.

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Dans le Modèle Standard de la physique des particules, le mécanisme Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) décrit le phénomène du mélange des quarks. De ses paramètres, l'angle gamma est celui connu avec la moins grande précision. Les mesures directes donnent une incertitude d'environ 15º, importante comparée à celle sur la valeur extraite des ajustements globaux, de 3º. Pour vérifier la cohérence du Modèle Standard, gamma doit être mesuré précisément. Cela est possible en utilisant des processus au niveau des arbres, où seules des contributions du Modèle Standard sont attendues, ou avec des processus impliquant des boucles, qui peuvent être sensibles à des effets au-delà. Des différences entre la mesure de gamma avec des diagrammes en arbres et avec des boucles pourraient être donc une indication de nouvelle physique. Cette thèse présente la première mesure des observables CP dans la désintégration B0 -> DK*0. Celle-ci est sensible à gamma du fait de l'interférence entre l'amplitude des diagrammes b -> u et b -> c, au niveau des arbres. L'asymétrie CP dans le mode B0 -> D(K+K-)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 1 /fb de données récoltées par l'expérience LHCb en 2011,A_KK_d = -0,452 +/- 0,230 +/- 0,025 = A_CP+,R_KK_d = 1,360 +/- 0,366 +/- 0,075 = R_CP+. L'asymétrie CP du mode supprimé B0 -> D(K-pi+)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec le favorisé B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 3 /fb de données récoltées en 2011 et 2012,A_sup_d = -0,094 +/- 0,318 = A_ADS,R_d = 0,075 +/- 0,023 = R_ADS. Les études réalisées sur le système de déclenchement hadronique de l'expérience LHCb sont aussi présentées. / In the Standard Model of particle physics, the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) mechanism describes the quark mixing effect. The CKM gamma angle is one of the parameters of the Standard Model that are known less accurately. Direct measurements give an uncertainty of around 15º, large with respect to the uncertainty on the value extracted from global fits, of 3º. In order to test the Standard Model consistency, the gamma angle needs to be measured precisely. This can be done using processes at the tree-level, where only Standard Model contributions are expected, or using processes involving loop diagrams, which can be sensitive to physics beyond the Standard Model. Differences in the gamma measurement from tree and loop diagrams would be an indication of new physics. This thesis presents the first measurement of the CP observables in the B0 -> DK*0 decay. Sensitivity to gamma arises from the interference of the b -> u mediated amplitude with the b -> c one, at the tree-level. The CP asymmetry of the B0 -> D(K+K-)K*0 mode and the partial width ratio of this channel with respect to B0 -> D(K+pi-)K*0 are measured using 1 /fb of data collected by the LHCb experiment in 2011,A_KK_d = -0.452 +/- 0.230 +/- 0.025 = A_CP+,R_KK_d = 1.360 +/- 0.366 +/- 0.075 = R_CP+. The CP asymmetry of the suppressed B0 -> D(K-pi+)K*0 mode and the partial width ratio with respect to the favoured B0 -> D(K+pi-)K*0 are measured using the total 3 /fb of data collected in 2011 and 2012,A_sup_d = -0.094 +/- 0.318 = A_ADS,R_d = 0.075 +/- 0.023 = R_ADS. In addition, the studies performed on the hardware hadronic trigger of the LHCb experiment are also presented.

Le travail présenté dans cette thèse porte d’une part sur le développement et la caractérisation d’une nouvelle génération de détecteurs Micromegas (MICROMEsh GAseous Structure) pour l’expérience COMPASS au Cern, et d’autre part sur l’estimation de la contribution de canaux diffractifs à la production de pions et de kaons, dans le cadre de l’étude des fonctions de fragmentation de quarks en hadrons à COMPASS. De nouveaux détecteurs Micromegas d’une surface active de 40 x 40 cm² sont en cours de développement pour le futur de l’expérience COMPASS, à partir de 2015. Ces détecteurs devront fonctionner dans des flux de muons et hadrons approchant 8 MHz/cm². Pour cela, une zone centrale d’environ 5 cm de diamètre, traversée par le faisceau, sera constituée de 1280 pixels, et des technologies permettant de fortement réduire l’impact des décharges seront adoptées. Quatre prototypes de géométrie finale utilisant deux types de technologies de réduction des décharges différentes ont été produits au Cern et testés en conditions réelles à COMPASS entre 2010 et 2012. Trois d’entre eux sont des détecteurs hybrides utilisant une feuille GEM (Gas Electron Multiplier) en tant qu’étage de préamplification pour réduire la probabilité de décharge. Le dernier détecteur est équipé d’une structure résistive à « résistances enterrées », permettant la réduction de l’amplitude des décharges. Leurs performances sont présentées dans cette thèse. L’impact de ces résultats sur la production et la mise en œuvre de la série finale de détecteurs est également discuté. Les fonctions de fragmentation de quarks en hadrons l’hadronisation d’un quark de saveur q en un hadron h. Ces fonctions universelles interviennent dans l’expression de la section efficace de nombreux processus. Elles sont accessibles à COMPASS via la réaction de diffusion profondément inélastique semi-inclusive de muons sur des nucléons. Les observables permettant leur extraction dans ce cadre sont les multiplicités de hadrons, soit le nombre moyen de hadrons produits par événement de diffusion profondément inélastique. Les mésons vecteurs issus de processus diffractifs produisent également des pions et kaons par leur désintégration. Ces processus n’impliquant pas l’hadronisation d’un quark, il semble justifié de ne pas les comptabiliser dans la mesure des multiplicités. Ce travail propose une étude Monte-Carlo des contributions de la production diffractive de mésons vecteurs rho et phi à la production de hadrons léger et aux événements inclusifs. Des facteurs de correction des multiplicités sont finalement établis. Enfin, l’effet de cette correction sur l’extraction des fonctions de fragmentation en pions est présenté. / This thesis is dedicated to the development and characterisation of a new generation of Micromegas (MICROMEsh GAseous Structure) detectors for the COMPASS experiment at Cern, and the estimation of the diffractive processes’ contribution to the production of pions and kaons, concerning the study of the quark fragmentation functions into hadrons at COMPASS. New Micromegas detectors with a 40 x 40 cm² active area are being developed for the future physics program of the COMPASS experiment starting in 2015. These detectors will have to work in high muon and hadron flux (close to 8 MHz/cm²). In this context, a central area of about 5 cm diameter, crossed by the beam, will be composed of 1280 pixels, and discharge-reduction technologies will be used. Four prototypes with a final read-out geometry, using two different discharge-reduction technologies have been produced at Cern and studied in nominal conditions at COMPASS between 2010 and 2012. Three are hybrid detectors using a GEM (Gas Electron Multiplier) foil as a preamplification stage to reduce the discharge probability. The other is equipped with a so called “buried resistors” resistive structure allowing to strongly reduce the discharge amplitude. Their performances are presented in this thesis. The impact of these results on the production and implementation of the final series of detectors is also discussed. Quark fragmentation functions into hadrons describe the hadronisation of a quark of flavor q into a hadron h. These universal functions take part in the cross-section expression of several processes. They can be accessed at COMPASS via semi-inclusive deep inelastic scattering of muons off nucleons. The relevant observables for fragmentation function extraction are hadron multiplicities, corresponding to the mean number of hadrons produced per deep inelastic scattering event. Vector mesons produced by a diffractive process can decay into pions and kaons. As such processes do not involve quark hadronisation, they should a priori be excluded from multiplicity measurements. This work presents a Monte-Carlo study of the impact of diffractive rho and phi production on light hadrons and inclusive events yields. Multiplicity correction factors are finally established. The effect of this correction on the extraction of pion fragmentation functions is also discussed.

La décennie passée a vu une forte évolution de l'étude de la structure des hadrons par les processus exclusifs, permettant d'accéder à une description plus complète de cette structure. Les processus exclusifs incluent la diffusion Compton profondément virtuelle, ainsi que la production exclusive de mesons à haute énergie. Ce document s'attache particulièrement à ce dernier, et plus particulièrement à la production exclusive de pions neutres. Cette thèse décrit l'analyse des événements en triple coïncidence H(e,e'gamma gamma)X, qui fut un sous produit abondant de l'expérience DVCS qui a eu lieu durant l'automne 2004 dans le Hall A au Jefferson Laboratory, afin d'extraire la section efficace de ep → epπ0 . Cette section efficace a été mesurée à deux valeurs de quadrimoment de tranfert Q2 =1.9 GeV2 et Q2 =2.3 GeV2 . La précision statistique accomplie pour ces mesures est meilleure que 5 %. Le domaine cinématique permet d'étudier l'évolution en Q2 et en W de la section efficace. Ces résultats ont été comparés avec des calculs inspirés de la phénoménologie de Regge, ainsi qu'avec les prédictions du formalisme des distributions de partons généralisées. Une interprétation dans le cadre de la diffusion profondément inélastique semi-inclusive est également discutée.

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et DO dans les collisions proton-antipronton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie tranverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées entre juillet 2006 et août 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1, qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse fut consacrée au système de déclenchement du détecteur D0 et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements basés sur la présence de jets et d'énergie tranverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est 7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)+-0,45(lumi)pb. Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta,mH+-) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.