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

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

A determinação da massa de raios cósmicos ultra energéticos é uma questão em aberto devido a flutuação natural da primeira interação e o desconhecimentos da seção de choque para altas energias (E > 1017 eV). Alguns estudos (1) mostraram que modificações sistemáticas das propriedades em interações hadrônicas interfere significativamente no desenvolvimento de chuveiros atmosféricos extensos e, consequentemente, provêm diferentes interpretações para os resultados de raios cósmicos. No limite de altas energias, pode ocorrer a saturação de glúons na superfície nuclear, o que resulta no aumento da seção de choque próton-próton e próton-núcleo em relação ao modelo de Glauber. A seção de choque cresce com a energia e está relacionada com a função de distribuição de probabilidade de encontrar um centro espalhado que é maior no modelo de saturação de glúons. Neste trabalho analisamos a seção de choque próton-ar e núcleo-ar para energias acima de 1018 eV usando a hipótese da saturação de glúons (2). Implementamos a saturação de glúons no modelos de interações hadrônicas de altas energia SIBYLL e estudamos o desenvolvimento do chuveiro atmosférico extenso usando o programa CORSIKA. Comparamos os resultados com a taxa de elongação medida pelo Observatório Pierre Auger. Concluímos mostrando o efeito da saturação de glúons na interpretação na composição da massa de raios cósmicos ultra energéticos. / The determination of the composition of ultra high energy cosmic rays is an open question due to natural fluctuations of the first interaction point and unknow high energy cross sections. Some studies (1) have shown that systematic modifications in the hadronics interaction properties infer significantly in the development of extensive air showers and, consequently, provides different interpretations of cosmic ray results. In high energy limit (E > 1018eV), gluon saturation may occur in the nuclear surface region, so that the cross section proton-proton and proton-nucleus increase more rapidly with incident energy than Glauber theory. The cross section rise with energy is related to the probability distribution function of scattering centers which is larger for gluon saturation models. In this work we analyze the cross section proton-proton and proton-nucleus at energies above 1018 eV using the gluon saturation hypothesis (2). We implemented the gluon saturation physics in the SIBYLL hadronic interaction model and we studied the development of the air shower using the CORSIKA program. Different extrapolation models of high energy interaction with gluon interaction have been implemented in SIBYLL. We compared the simulation results using gluon saturation with the measured elongation rate published by the Pierre Auger Collaborations. We conclude by showing the effect of gluon saturation in the interpretation of cosmic ray by composition.

O comportamento das interações hadrônicas para energias de centro de massa superiores a 50 TeV/núcleon é uma fonte importante de incerteza sistemática na interpretação de dados de observatórios de raios cósmicos. Nesta tese, estudamos por meio de simulações de Monte Carlo observáveis dos chuveiros atmosféricos que pudessem ser correlacionados com aspectos dos diferentes modelos destas interações. Especial atenção foi dada à componente muônica que sabidamente é gerada do decaimento de partículas de natureza hadrônica na cascata. A precisão e a acurácia de uma rede esparsa de contadores de múons foram estudadas como função da granularidade da rede de detectores e da área de coleção de suas células. Mostramos, em particular, as diferenças na dependência radial da densidade de múons no plano transversal ao eixo da cascata para os diferentes modelos. Tais diferenças se mostram mais acentuadas na vizinhança do eixo e poderiam ser exploradas experimentalmente com um detector com alcance dinâmico suficiente para evitar saturação da eletrônica. Além disso, por meio de um tratamento fenomenológico, investigamos o impacto no desenvolvimento do chuveiro causado por variações na distribuição de pseudorapidez $dN/d\\eta$ de secundários produzidos na colisão primária. Mostramos que diferentemente de quantidades como seção de choque inelástica, multiplicidade, razão de carga e elasticidade, mudanças em $dN/d\\eta$ que preservem tais quantidades são rapidamente diluídas nas sucessivas camadas de interações posteriores à colisão primária. / The behavior of the hadronic interactions at center of mass energies greater than 50 TeV/nucleon is an important source of systematic uncertainty on interpreting data from cosmic ray observatories. In this thesis, we study through Monte Carlo simulations the atmospheric shower observables that could be correlated with different aspects of these interactions. Special attention was paid to the muonic component that is known to be generated from the decay of hadronic particles. The precision and accuracy of a sparse grid of muon counters were studied as a function of the array granularity and the collection area of its cells. In particular, we studied the differences in the radial dependence of the muon density in the shower plane for different models. These differences are shown to be larger in the vicinity of the shower axis and, therefore, could be explored with a detector of sufficiently large dynamic range as to avoid saturation of its acquisition electronics. In addition, through a phenomenological treatment, we investigated the impact on the shower development caused by variations in the distribution of pseudorapidity $ dN/d\\eta $ of secondaries particles produced in the primary collision. We show that unlike quantities such as inelastic cross section, multiplicity, charge ratio and elasticity, changes in $ dN/d\\eta $ that preserve such quantities are rapidly diluted in successive interaction layers subsequent to the primary collision.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-11T18:00:32Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_RelacoesDispersaoDerivativas.pdf: 1946965 bytes, checksum: dd5a7a6632b195a56409eb06847f4951 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-05-04T13:54:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_RelacoesDispersaoDerivativas.pdf: 1946965 bytes, checksum: dd5a7a6632b195a56409eb06847f4951 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-04T13:54:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_RelacoesDispersaoDerivativas.pdf: 1946965 bytes, checksum: dd5a7a6632b195a56409eb06847f4951 (MD5) Previous issue date: 1998-10-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O formalismo de difração múltipla de Glauber conecta a amplitude de espalhamento elástico hadrônica (interação hádron-hádron) com a amplitude de espalhamento elementar (constituinte-constituinte). O ponto central desta tese é apresentar um primeiro estudo sobre a utilização de relações de dispersão derivativas na determinação da parte real da amplitude elementar, a partir de parametrizações adequadas para sua parte imaginária. Com essa abordagem, no contexto de um modelo fenomenológico anteriormente desenvolvido, obtém-se uma descrição satisfatória das grandezas físicas que caracterizam o espalhamento elástico de hádrons: seção de choque diferencial, seção de choque total e parâmetro r (razão entre a parte real e imaginária da amplitude hadrônica frontal). Apresenta-se também uma discussão crítica do modelo anteriormente desenvolvido e, em certo detalhe, uma revisão do formalismo de difração múltipla e do estabelecimento das relações derivativas a partir das relações integrais, no regime de altas energias. / The Glauber multiple diffraction formalism connects the hadronic elastic scattering amplitude (hadron-hadron interactions) with the elementary scattering amplitude (constituent-constituent ). In this thesis the central point is a first investigation on the applicability of the derivative dispersion relations in the determination of the real part of the elementary amplitude, from suitable parametrizations for its imaginary part. With this approach, in the context of a phenomenological model previously developed, a satisfactory description of the physical quantities that characterize the elastic hadron scattering is achived, namely, the differential cross section, the total cross section and the r parameter (the ratio of the forward real and imaginary parts of the hadronic amplitude ). It is also presented a critical discussion concerning the model previously developed and, in some detail, a review of the multiple diffraction formalism and how to deduce the derivative dispersion relations from the integral ones, in the high energy region.

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

A determinação da massa de raios cósmicos ultra energéticos é uma questão em aberto devido a flutuação natural da primeira interação e o desconhecimentos da seção de choque para altas energias (E > 1017 eV). Alguns estudos (1) mostraram que modificações sistemáticas das propriedades em interações hadrônicas interfere significativamente no desenvolvimento de chuveiros atmosféricos extensos e, consequentemente, provêm diferentes interpretações para os resultados de raios cósmicos. No limite de altas energias, pode ocorrer a saturação de glúons na superfície nuclear, o que resulta no aumento da seção de choque próton-próton e próton-núcleo em relação ao modelo de Glauber. A seção de choque cresce com a energia e está relacionada com a função de distribuição de probabilidade de encontrar um centro espalhado que é maior no modelo de saturação de glúons. Neste trabalho analisamos a seção de choque próton-ar e núcleo-ar para energias acima de 1018 eV usando a hipótese da saturação de glúons (2). Implementamos a saturação de glúons no modelos de interações hadrônicas de altas energia SIBYLL e estudamos o desenvolvimento do chuveiro atmosférico extenso usando o programa CORSIKA. Comparamos os resultados com a taxa de elongação medida pelo Observatório Pierre Auger. Concluímos mostrando o efeito da saturação de glúons na interpretação na composição da massa de raios cósmicos ultra energéticos. / The determination of the composition of ultra high energy cosmic rays is an open question due to natural fluctuations of the first interaction point and unknow high energy cross sections. Some studies (1) have shown that systematic modifications in the hadronics interaction properties infer significantly in the development of extensive air showers and, consequently, provides different interpretations of cosmic ray results. In high energy limit (E > 1018eV), gluon saturation may occur in the nuclear surface region, so that the cross section proton-proton and proton-nucleus increase more rapidly with incident energy than Glauber theory. The cross section rise with energy is related to the probability distribution function of scattering centers which is larger for gluon saturation models. In this work we analyze the cross section proton-proton and proton-nucleus at energies above 1018 eV using the gluon saturation hypothesis (2). We implemented the gluon saturation physics in the SIBYLL hadronic interaction model and we studied the development of the air shower using the CORSIKA program. Different extrapolation models of high energy interaction with gluon interaction have been implemented in SIBYLL. We compared the simulation results using gluon saturation with the measured elongation rate published by the Pierre Auger Collaborations. We conclude by showing the effect of gluon saturation in the interpretation of cosmic ray by composition.