No presente trabalho é explorada a performance do FoCal, um calorímetro eletromagnético frontal, com alta resolução espacial, proposto como um upgrade para o experimento ALICE, no LHC. O principal objetivo deste detector é fazer a medida de fótons diretos na região de pseudo-rapidez 2.5 < < 4.5. Essa região frontal é dominada por fótons provenientes do decaimento de hadrons, principalmente do píon neutro , e portanto uma eficiente medida de fótons diretos está diretamente associada à eficiência em se identificar fótons provenientes do decaimento do píon neutro. Para distinguir fótons diretos de fótons de decaimento do píon neutro, são explorados três diferentes métodos de análise, a saber, massa invariante, análise da forma do chuveiro e isolamento, sendo cada um deles adequado a uma diferente faixa de energia do píon neutro. O método da massa invariante permitiu identificar fótons de píon neutro com uma eficiência de 95% num ambiente de partículas únicas, para píon neutro com energia entre 0 e 300 GeV. Num ambiente pp, esse método mostra uma eficiência de 85%. A análise da forma do chuveiro foi capaz de identificar, com um dado corte no parâmetro de forma Width1, fótons diretos com uma eficiência acima de 90% e de rejeitar fótons de píon neutro com uma eficiência que varia de 65% a 95%, no intervalo de energia de 300 GeV a 500 GeV, num ambiente de partículas únicas. Essas eficiências podem ser melhoradas se for aplicado um corte dependente da energia e a rejeição de píon neutro pode também ser melhorada se os eventos mais assimétricos puderem ser melhor reconstruídos pelo detector no futuro. No método de isolamento, aplicado ao ambiente pp e PbPb, é explorado o melhor valor de raio de isolamento Riso a ser usado em cada ambiente. Por este método podem ser atingidas altas eficiências em detectar fótons diretos, mas o método se mostra limitado pelo grande fundo de fótons de decaimento, e a pureza dos cortes testados não atinge valores maiores que cerca de 10%. E mostrado que o uso de um trigger em 40 GeV pode melhorar a pureza dos cortes de 0.01 % para cerca de 10%. Foi feita a otimização de alguns parâmetros de análise, permitindo melhor desempenho desses métodos de análise explorados / In the present work is explored the performance of the FoCal, a forward electromagnetic calorimeter, with high granularity, proposed as an upgrade for the ALICE experiment, in LHC. The main goal of the detector is to be able to identify direct photons in the pseudo-rapidity region 2.5 < < 4.5. This forward region is dominated by decay photons, mainly photons from neutron pion decay, so an efficient mesurement of direct photons is directly associated to the efficiency in identify photons from neutron pion decay. To separate direct photons from neutron piondecay photons, it is explored three different analysis methods, the invariant mass, shower shape and isolation, each one useful in a different energy range of the neutron pion. The invariant mass method allowed to identify photons from neutron pion with an efficiency around 95% in a single particle environment, for neutron pion with energy between 0 and 300 GeV. In a pp environment, this method showed an efficiency of 85%. The shower shape method was able to identify, by a given cut in the shower shape parameter Width1, direct photons with an efficiency of 90% and to reject 65% to 95% of the photons from neutron pion in the energy range of 300 GeV to 500 GeV, in a single particle environment. This efficiencies can be improved if there is aplied a cut that depends on the energy and the neutron pion rejectioncan also be improved if the more assimetric decays can be better reconstructed by the detector in the future. The isolation method is aplied to a pp and PbPb environments, and it is explored the best value of isolation radius Riso to be used in each environment. By this method, it can be reached high efficiencies in detecting direct photons, but the method is limited by the high background of decay photons, and the purity of the cuts is not better than about 10%. It is showed that a trigger in 40 GeV can improve the purity from 0.01% to about 10%. It was made an optimization of some of the used analysis parameters, leading to an improvement of the explored analysis methods.

O presente trabalho consiste no estudo do papel da simetrial quiral no potencial nucleon-nucleon devido à troca de dois píons. Para o calculo do potencial foi levada em consideração a troca de dois píons não-correlacionados, envolvendo contribuicões com até um loop. A simetria quiral é introduzida no potencial através da sua realização não-linear, utilizando-se a Lagrangiana fenomenológica quiral de Weinberg. Os diagramas de Feynman construidos com os vértices dessa Lagragiana são ordenadas segundo potencias crescentes do momento, e calculados covariantemente. Os diagramas divergentes são regularizados covariantemente. Partindo do formalismo da equação de Bethe-Salpeter, relacionamos, em uma primeira etapa, as amplitudes de transição covariantes com o potencial, através do princípio da unitariedade elástica. O potencial, covariante e relativístico, e obtido no espaço dos momentos e é não-local e dependente da energia. Em uma segunda etapa, efetuamos a redução não-relativística do potencial e sua transformada de Fourier, obtendo um potencial local e independente da energia, que pode ser usado na equação de Schrödinger. O potencial obtido possui contribuições central, spin-orbita, tensorial e spin-spin. A parte dependente de isospin e semelhante à do potencial de Lemon e Partovi, sendo que as maiores modificações aparecem na parte isoescalar, principalmente no canal central, onde um substancial aumento de atração na região de 1.2 a 2.0 fm é observada. A fim de compararmos nosso potencial com a literatura, fixamos o valor de A como sendo 50 GeV, fazendo com que os efeitos do parâmetro de corte fiquem restritos à região r 0.5 fm. Os resultados obtidos foram comparados com o potencial fenomenológico de Argonne e revelaram razoável compatibilidade na maioria dos canais. Entretanto, existem discrepâncias importantes, possivelmente devidas a efeitos não estudados neste trabalho, tais como os devidos às ressonâncias A e p. / This work is devoted to the study of the role of chiral symmetry in the two pion exchange nucleon-nucleon potential. We consider only non-correlated two pion exchanges due to one loop contributions. Chiral symmetry is implemented in the potential through its non-linear realization, given by Weinberg\'s phenomenological Lagrangian. Feynman diagrams derived from this Lagrangian are arranged according to increasing powers of the momentum, and calculated covariantly. Divergent diagrams are regularizated covariantly. Starting from the Bethe-Salpeter equation, we relate the covariant transition amplitudes with the potential, using the elastic unitarity principle. The potential in momentum space is covariant, relativistic, non-local and energy dependent. Next, we perform its nonrelativistic reduction and Fourier transform, obtaining a potential which is local, energy independent and that can be used in the Schrödinger equation. This potential has central, spin-orbit, tensor and spin-spin components. The isospin dependent part is similar to that of the Lomon and Partovi potential, but important differences appear in the isoscalar part, especially in the central channel, where a substantial increase of attraction in the 1.2 to 2.0 fm region is observed. In order to compare our potential with the literature, we fixed the cutoff parameter at A = 50 GeV, restricting its effects to the r 0.5 fm region. Our results are compared with Argonne phenomenological potential, and a reasonable compatibility in most of the channels is found. However, there are also important discrepancies which may be due to effects not considered in this work, such as those due to A and the p ressonances.

O presente trabalho consiste no estudo do papel da simetrial quiral no potencial nucleon-nucleon devido à troca de dois píons. Para o calculo do potencial foi levada em consideração a troca de dois píons não-correlacionados, envolvendo contribuicões com até um loop. A simetria quiral é introduzida no potencial através da sua realização não-linear, utilizando-se a Lagrangiana fenomenológica quiral de Weinberg. Os diagramas de Feynman construidos com os vértices dessa Lagragiana são ordenadas segundo potencias crescentes do momento, e calculados covariantemente. Os diagramas divergentes são regularizados covariantemente. Partindo do formalismo da equação de Bethe-Salpeter, relacionamos, em uma primeira etapa, as amplitudes de transição covariantes com o potencial, através do princípio da unitariedade elástica. O potencial, covariante e relativístico, e obtido no espaço dos momentos e é não-local e dependente da energia. Em uma segunda etapa, efetuamos a redução não-relativística do potencial e sua transformada de Fourier, obtendo um potencial local e independente da energia, que pode ser usado na equação de Schrödinger. O potencial obtido possui contribuições central, spin-orbita, tensorial e spin-spin. A parte dependente de isospin e semelhante à do potencial de Lemon e Partovi, sendo que as maiores modificações aparecem na parte isoescalar, principalmente no canal central, onde um substancial aumento de atração na região de 1.2 a 2.0 fm é observada. A fim de compararmos nosso potencial com a literatura, fixamos o valor de A como sendo 50 GeV, fazendo com que os efeitos do parâmetro de corte fiquem restritos à região r 0.5 fm. Os resultados obtidos foram comparados com o potencial fenomenológico de Argonne e revelaram razoável compatibilidade na maioria dos canais. Entretanto, existem discrepâncias importantes, possivelmente devidas a efeitos não estudados neste trabalho, tais como os devidos às ressonâncias A e p. / This work is devoted to the study of the role of chiral symmetry in the two pion exchange nucleon-nucleon potential. We consider only non-correlated two pion exchanges due to one loop contributions. Chiral symmetry is implemented in the potential through its non-linear realization, given by Weinberg\'s phenomenological Lagrangian. Feynman diagrams derived from this Lagrangian are arranged according to increasing powers of the momentum, and calculated covariantly. Divergent diagrams are regularizated covariantly. Starting from the Bethe-Salpeter equation, we relate the covariant transition amplitudes with the potential, using the elastic unitarity principle. The potential in momentum space is covariant, relativistic, non-local and energy dependent. Next, we perform its nonrelativistic reduction and Fourier transform, obtaining a potential which is local, energy independent and that can be used in the Schrödinger equation. This potential has central, spin-orbit, tensor and spin-spin components. The isospin dependent part is similar to that of the Lomon and Partovi potential, but important differences appear in the isoscalar part, especially in the central channel, where a substantial increase of attraction in the 1.2 to 2.0 fm region is observed. In order to compare our potential with the literature, we fixed the cutoff parameter at A = 50 GeV, restricting its effects to the r 0.5 fm region. Our results are compared with Argonne phenomenological potential, and a reasonable compatibility in most of the channels is found. However, there are also important discrepancies which may be due to effects not considered in this work, such as those due to A and the p ressonances.

Am Schwerionensynchrotron der GSI Darmstadt wurde die Produktion von K- und pi-Mesonen in Proton-Kern-Kollisionen (&amp;quot;pA&amp;quot;) experimentell untersucht. Verschiedene Targetkerne (C, Au), Strahlenergien (1.6, 2.5, 3.5 GeV) und Beobachtungswinkel (32°-64°) ergaben eine reichhaltige Systematik und gestatteten Extrapolationen auf totale Wirkungsquerschnitte. In der Arbeit werden Vergleiche der einzelnen Messungen miteinander und mit pA-Messungen anderer Gruppen angestellt und diskutiert. Die Einordnung zwischen pp- und AA-Daten und der Vergleich mit theoretischen Vorhersagen ermöglicht grundlegende Aussagen über das Verhalten von K-Mesonen in Kernmaterie, sogenannte Medium-Effekte.

Thesis (M.S.); Submitted to the Univ. of South Carolina, Columbia, SC (US); 1 Apr 2003. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "JLAB-PHY-03-37" "DOE/ER/40150-2740" Clarisse Tur. 04/01/2003. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

Thesis; Thesis information not provided; 1 Feb 2003. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "JLAB-PHY-03-38" "DOE/ER/40150-2762" Bin Zhang. 02/01/2003. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

Thesis (Ph.D.); Submitted to the Massachusetts Inst. of Tech., Cambridge, MA (US); 1 Oct 2003. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "JLAB-PHY-03-174" "DOE/ER/40150-2571" Zhengwei Chai. 10/01/2003. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

No presente trabalho é explorada a performance do FoCal, um calorímetro eletromagnético frontal, com alta resolução espacial, proposto como um upgrade para o experimento ALICE, no LHC. O principal objetivo deste detector é fazer a medida de fótons diretos na região de pseudo-rapidez 2.5 < < 4.5. Essa região frontal é dominada por fótons provenientes do decaimento de hadrons, principalmente do píon neutro , e portanto uma eficiente medida de fótons diretos está diretamente associada à eficiência em se identificar fótons provenientes do decaimento do píon neutro. Para distinguir fótons diretos de fótons de decaimento do píon neutro, são explorados três diferentes métodos de análise, a saber, massa invariante, análise da forma do chuveiro e isolamento, sendo cada um deles adequado a uma diferente faixa de energia do píon neutro. O método da massa invariante permitiu identificar fótons de píon neutro com uma eficiência de 95% num ambiente de partículas únicas, para píon neutro com energia entre 0 e 300 GeV. Num ambiente pp, esse método mostra uma eficiência de 85%. A análise da forma do chuveiro foi capaz de identificar, com um dado corte no parâmetro de forma Width1, fótons diretos com uma eficiência acima de 90% e de rejeitar fótons de píon neutro com uma eficiência que varia de 65% a 95%, no intervalo de energia de 300 GeV a 500 GeV, num ambiente de partículas únicas. Essas eficiências podem ser melhoradas se for aplicado um corte dependente da energia e a rejeição de píon neutro pode também ser melhorada se os eventos mais assimétricos puderem ser melhor reconstruídos pelo detector no futuro. No método de isolamento, aplicado ao ambiente pp e PbPb, é explorado o melhor valor de raio de isolamento Riso a ser usado em cada ambiente. Por este método podem ser atingidas altas eficiências em detectar fótons diretos, mas o método se mostra limitado pelo grande fundo de fótons de decaimento, e a pureza dos cortes testados não atinge valores maiores que cerca de 10%. E mostrado que o uso de um trigger em 40 GeV pode melhorar a pureza dos cortes de 0.01 % para cerca de 10%. Foi feita a otimização de alguns parâmetros de análise, permitindo melhor desempenho desses métodos de análise explorados / In the present work is explored the performance of the FoCal, a forward electromagnetic calorimeter, with high granularity, proposed as an upgrade for the ALICE experiment, in LHC. The main goal of the detector is to be able to identify direct photons in the pseudo-rapidity region 2.5 < < 4.5. This forward region is dominated by decay photons, mainly photons from neutron pion decay, so an efficient mesurement of direct photons is directly associated to the efficiency in identify photons from neutron pion decay. To separate direct photons from neutron piondecay photons, it is explored three different analysis methods, the invariant mass, shower shape and isolation, each one useful in a different energy range of the neutron pion. The invariant mass method allowed to identify photons from neutron pion with an efficiency around 95% in a single particle environment, for neutron pion with energy between 0 and 300 GeV. In a pp environment, this method showed an efficiency of 85%. The shower shape method was able to identify, by a given cut in the shower shape parameter Width1, direct photons with an efficiency of 90% and to reject 65% to 95% of the photons from neutron pion in the energy range of 300 GeV to 500 GeV, in a single particle environment. This efficiencies can be improved if there is aplied a cut that depends on the energy and the neutron pion rejectioncan also be improved if the more assimetric decays can be better reconstructed by the detector in the future. The isolation method is aplied to a pp and PbPb environments, and it is explored the best value of isolation radius Riso to be used in each environment. By this method, it can be reached high efficiencies in detecting direct photons, but the method is limited by the high background of decay photons, and the purity of the cuts is not better than about 10%. It is showed that a trigger in 40 GeV can improve the purity from 0.01% to about 10%. It was made an optimization of some of the used analysis parameters, leading to an improvement of the explored analysis methods.

We have measured the flavor dependence of multiplicities for $\\pi^+$ and $\\pi^-$ production in semi-inclusive deep-inelastic scattering (SIDIS) on proton and deuteron targets. We used a 10.6 GeV electron beam at Jefferson Lab, and 4 msr solid angle spectrometers (HMS for electrons, SHMS for pions), the lepton vertex spanned the kinematic range $0.3 < x < 0.6$, $2 < Q^2 < 5$ GeV$^2$, and $4 < W^2 < 11$ GeV$^2$. The pion fractional momentum range was $0.3 < z < 0.7$ and the small transverse momentum range was $0 < P_t < .25$ GeV. We used the multiplicities to form sum-and-difference ratios, testing the validity of factorization. We extracted two favored and two unfavored $W$ dependent fragmentation functions (FFs) from these multiplicities. Assuming factorization at low $P_t$, we find that the two ``favored" FFs allow for isospin breaking (charge symmetry violation) at low $W$, while converging to a common value at the highest $W$ of this experiment. The two unfavored FFs are consistent with each other within the experimental uncertainties.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à certains aspects concernant les phénomènes hadroniques à basse énergie sous 1 GeV, en dessous de laquelle la symétrie chirale de la Chromodynamique Quantique (QCD) est spontanément brisée. En dessous de cette échelle d'énergie, le spectre de QCD se réduit à un octet de mésons légers pseudo-scalaires (π, K and η). Mais à cause du confinement, QCD sous 1 GeV devient hautement non perturbative – il n'est donc plus possible de décrire à basse énergie la dynamique de ces mésons en termes de gluons et de quarks (ici seuls les quarks légers u, d et s sont concernés). Deux alternatives principales à cet obstacle majeur existent néanmoins: la QCD sur réseau ainsi que les Théories Effectives des Champs. La QCD sur réseau consiste à calculer de manière numériques les diverses observables hadroniques, alors que les théories effectives permettent de nouveau une approche analytique (et perturbative) adaptée à une échelle d'énergie donnée. Dans le cas de QCD à basse énergie, c'est la Théorie Chirale des Perturbations (ChiPT) qui joue le rôle de théorie effective. Cette théorie peut être construite à partir de deux saveurs de quarks légers (u et s) ou trois (u,d, et s). Il est alors possible d'utiliser certains résultats de calculs sur réseau (ainsi que certains résultats expérimentaux) afin d'extraire des valeurs numériques pour les divers paramètres libres que contient la théorie chirale. Il fut néanmoins observé que le développement en séries chirales de quelques observables hadroniques sont numériquement “malades” dans le cadre de la théorie à trois saveurs. En effet, des travaux antérieurs montrent qu'il pourrait exister une possible compétition numérique entre l'Ordre Dominant (LO) et l'Ordre Sous-Dominant (NLO): en place de la hiérarchie usuelle LO>>NLO, l'équivalence LO~NLO prévalerait. La partie principale de la thèse consiste ainsi à la description et l'utilisation d'une version alternative de ChiPT, nommée Théorie Chirale des Perturbations Ressommée (ReChiPT ). Quelques observables hadroniques de basse energie sont calculées puis étudiées dans ce cadre “ressommé”, puis nous procédons à l'ajustement de certaines données de QCD sur réseau obtenues par des simulations à 2+1 quarks dynamiques sur ces observables exprimées en ReChiPT: les constantes de désintégrations et les masses de l'octet (π, K, η), ainsi que les facteurs de forme Kl3. Nous testons ensuite la validité de notre assertion concernant la possible compétition numérique observée dans les séries chirales. Enfin, dans la dernière partie, nous discutons plusieurs aspects analytiques et numériques concernant certaines quantités topologiques liées de manière intrinsèque à la très complexe structure du vide de QCD, dans le cadre de ChiPT (ressommé), et nous confrontons de nouveau cette étude à des données réseau 2+1. / In this thesis, we focus on some aspects concerning hadronic phenomena at low energy, below 1 GeV, under which the spontaneous breaking of chiral symmetry takes place. Under this scale, the spectrum of Quantum Chromodynamics reduces to an octet of light pseudo-scalar mesons (π, K and η). But because of the confinement property, QCD under 1 GeV is highly non-perturbative, it is thus not possible to describe at low energy the dynamics of these mesons in terms of gluons and quarks (in that case the three light quarks u,d, and s). Two main alternatives exist to circumvent this major obstacle: Lattice QCD and Effective Field Theories. Lattice QCD is concerned with the numerical computations of various hadronic observables, while Effective Field Theories correspond to analytical frameworks adapted to a particular energy scale. In the case of QCD at low energy, this role is devoted to Chiral Perturbation Theory (ChiPT). This theory can be built either from two quark flavours (u and d), or three (u,d, and s). Using the numerical results from Lattice QCD, it is possible to obtain numerical values for the unknown parameters that ChPT contains. It was however observed that the series expansions of hadronic observables stemming from ChiPT calculations do not “behave well” numerically in the three-flavour case. Indeed, previous works shown that there could exists at the numerical level a competition between the Leading and the Next-to- Leading order (LO and NLO); i.e., instead of the usually expected hierarchy LO>>NLO, one would have LO~NLO. The main part of the thesis work consists in the description and the use of a modified version of ChiPT allowing this numerical competition in the chiral series that was called “Resummed ChiPT”. Within this “Resummed” framework, we proceed to fitting data from 2+1 lattice calculations to hadronic observables computed in ChiPT: decay constants and masses of π, K and η, and Kl3 form factors, and check the consistency of our claim about the numerical competition in ChiPT expansions. In the last part, we discuss topological quantities that are intrinsically tied to the very complex structure of the QCD vacuum, in the (resummed) ChiPT framework and in the light of 2+1 lattice data, in their analytical and numerical aspects.