O Plasma de Quarks e Glúons (Quark Gluon Plasma ou QGP) criado de forma sistemática em grandes aceleradores de partículas que envolvem colaborações do mundo inteiro, apesar de ter sua descoberta anunciada há bastante tempo ainda apresenta desafios e questões a serem respondidas tanto do ponto de vista experimental como do teórico. O objetivo deste trabalho é estudar a conexão entre as condições iniciais da expansão do QGP (que dependem da interação forte e não são acessíveis ao experimento) com a anisotropia da emissão azimutal das partículas (que por sua vez reflete as condições iniciais e é medida experimentalmente). O modelo hidrodinâmico é descrito inicialmente, com ênfase no programa NeXSPheRIO. Também são apresentadas alguns tipos de observáveis e modelos de condições iniciais (NeXus, MC-KLN e TRENTO). Por fim resultados de simulações para distribuições evento-por-evento do fluxo anisotrópico (facilmente ligadas aos modelos de condições iniciais) são comparadas com dados do LHC e previsões são feitas para a energia mais alta do RHIC. Estas previsões são testadas via a razão $v_2\\{4\\}/v_2\\{2\\}$ para a qual dados existem. / The Quark Gluon Plasma (QGP), created in a systematic way in large particle accelerators which are built by worldwide collaborations, even though its discovery being announced a long time ago it still presents us with challenges and questions to be answered even from the experimental point of view to the theoretical one. The main goal of this work is to study the connection between the initial conditions for the QGP expansion (which depend on strong interactions and are not accesible to the experiments) to the anisotropy in the azimuthal particle emission (which in turn reflects the initial conditions and is measured experimentally). The hydrodynamical model is described initially, with emphasis on the code NeXSPheRIO. Additionally some types of observables and initial condition models (NeXus, MC-KLN and TRENTO) are presented. And at last, results from simulations for event-by-event distributions for the anisotropic flow (easily connected to the initial conditions models) are compared with LHC\'s data and predictions are made for the RHIC\'s top energy. These predictions are tested by the $v_2\\{4\\}/v_2\\{2\\}$ for which data exists.

Nesta dissertação discutimos a medida RAA desenvolvida para análise de observáveis de colisão núcleo-núcleo (AA), tendo em vista sua implementação em colisões próton-próton (pp). No contexto das colisões hadrônicas de altíssimas energias, o RAA compara quantidade de observáveis duros medidos em colisões AA com a quantidade do mesmo observável em colisões pp. As qualidades destas colisões são descritas pela teoria do modelo de Glauber, em que projeção analítica da produção esperada de quarks pesados (observável duro) é realizada para colisões nucleares por meio da sobreposição de colisões pp independentes. Esta projeção analítica é comparada no RAA à medida de quarks pesados em estado final de colisões AA, e desvios em relação à distribuição de momentos da seção de choque calculada teoricamente são interpretados como decorrentes da presença de plasma de quarks e glúons (PQG) na colisão medida. O plasma de quarks e glúons é o objeto de interesse do campo de estudos em que esta pesquisa se insere. Considerado presente em colisões AA centrais desde 2000, o plasma de quarks e glúons é o estado da matéria mais energético possível, em que os pártons produto da colisão se comportam livremente por breves instantes e sofrem expansão hidrodinâmica. Este processo acontece nos estágios inacessíveis da colisão. Algumas das medidas indiretas que indicam formação de plasma em colisões AA são detectadas em colisões de sistemas pequenos, pp e pA desde 2010. Ainda não foi medida supressão de provas duras no PQG. As tentativas de medir PQG em sistemas pequenos pelo método do RAA tem sido feitas por meio da comparação RpA, também definida pelo modelo de Glauber. Na presente pesquisa buscamos extrapolar o funcionamento do RAA para medidas em colisões pp. Como o núcleo em Glauber é formado por sobreposição de prótons, a resolução da descrição da colisão na teoria é discutida. Além disso verificamos que a concepção de que colisões pp não formam ambiente de PQG é importante para o estabelecimento da comparação RAA. Entendemos que as hipóteses sobre a física de estágios inacessíveis da colisão previstas pela teoria de Glauber são diferentes das hipóteses decorrentes de medidas de coletividade em sistemas pequenos. Propomos alternativamente comparações experimentais simples entre quantidades parecidas medidas em colisões pp que podem conter informações sobre supressão de observáveis duros em colisões pp de alta multiplicidade sem o uso de quantidades teóricas. / This master thesis adresses the measurement RAA, developed for the analysis of nucleus-nucleus (AA) collisions, aiming to implement the measure for proton-proton (pp) collisions. In the context of high energy hadronic collisions, RAA compares hard observables measured in AA collisions with the same observable measured in pp collisions. These collisions traits are described by the Glauber model, where an analitical projection of the expected heavy quark production (hard observable) is calculated through the superimposition of independent pp collisions. In RAA, that analitical projection is compared to the actual final state AA collisions measurements, and deviations with relation to the momentum distribution of the theoriticaly calculated cross section are regarded as arising from interaction of the heavy quark with a quark gluon plasma (QGP) formed in the measured collision. The quark gluon plasma is the fields object of interest in which this reasearch is undertaken. Since 2000, QGP is measured and presumed in central AA colissions.The quark gluon plasma is the most energetic state of nuclear matter, in which partons behave as deconfined matter and undergo hydrodynamic expansion. That happends in the first inaccessible stages of the collisions. Some of the indirect measurements that point to the formation of QGP in AA collisions have been detected small systems, pp and pA, since 2010. Is yet to be measured hard probes PQG supression in these systems. Current attempts to evaluate this supression have been made with the RpA comparison, also defined with the Glauber model. In this study, we attempt to extrapolate the RAA operation to pp collision measurements. As the nucleus in Glauber is modeled as a superimposition of pp collisions, the theory\'s resolutuon in describing AA collisions is discussed. We also notice that the concept of pp collisions not formimg QGP is relevant for RAA comparisons. We appreciate that the theoretical hipothesis on the physics of the inaccessible first stages of collisions as foreseen with the Glauber model are different than the hipothesis that stem from collectivity in small systems. We propose alternatively simple experimental comparisons between similar quantities measured in pp collisions without the use of theoretical quantities.

Orientador: Wei-liang Qian / Banca: Marcelo Batista Hott / Banca: Julio Marny Hoff da Silva / Banca: Sandra dos Santos Padula / Banca: Otávio Socolowski Junior / Resumo: Os fenômenos físicos envolvidos em colisões relativísticas de íons pesados foram estudados utilizando o código hidrodinâmico NeXSPheRIO, com condições iniciais flutuantes evento a evento, caracterizado por tubos de fluxo longitudinais de altas energias. Foram realizadas análises para o espectro de hádrons em função dos momentos transversais pelos cálculos das distribuições de partículas em sete janelas de centralidade de colisão, de acordo com dados publicados pela Colaboração STAR. A coletividade da matéria nuclear formada durante as colisões foi investigada em termos de correlações azimutais entre hádrons. Verificou-se que as estruturas da correlação dependem do momento transversal e da centralidade. Tais estruturas são atribuídas à interação entre um fundo dependente da centralidade e as flutuações de evento a evento na multiplicidade. Como resultado, as correlações observadas são apresentadas por um duplo pico na região do away-side que mudam continuamente para um pico único sob certas circunstâncias. Em termos do modelo do tubo periférico, o fundo é dominado pelo fluxo elíptico que aumenta com a descentralização. Pelos cálculos numéricos, a anisotropia do sistema é estudada quanto aos coeficientes de fluxo harmônico até a quarta ordem, de acordo com os dados da colaboração PHENIX. A anisotropia do fundo contribui para as correlações entre hádrons e pôde ser avaliada pelo método ZYAM. Após sua subtração na produção do sinal de correlação próprio, a estrutura de correlação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The physical phenomena involved in relativistic heavy-ion collisions were studied using a hydrodynamic code, NeXSPheRIO, with event-by-event fluctuating initial conditions featured by high-energy longitudinal flux tubes. Analyses were carried out for hadron spectrum as a function of the transverse momentum by the calculations of particle distributions in seven collision centrality windows, according to the data published by the STAR Collaboration. Also, the collectivity of the nuclear matter formed during the collisions was investigated in terms of dihadron azimuthal correlations. The correlation structures were found to be dependent on the transverse momentum and centrality. They are attributed to the interplay between the centrality dependent background and the eventby-event multiplicity fluctuations. As a result, the observed correlations are featured by a double-peak in the away-side region that continuously change to a single peak under certain circumstances. In terms of the peripheral tube model, the background is dominated by the elliptic flow which increases with decreasing centrality. By numerical calculations, the anisotropy of the system is studied regarding the harmonic flow coefficients up to fourth order, in accordance with the existing RHIC data. The background anisotropy contributes to the dihadron correlations, and can be evaluated by the ZYAM method. After it is subtracted from the proper correlation yields, the resultant correlation structure is a function ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

In this thesis we aim to test if Landau\'s two-component superfluid model is compatible with the quark-gluon-plasma description. We follow the test proposed by Chernodub et. al. [Two-component liquid model for the quark-gluon plasma. Theor. Math. Phys., v. 170, p. 211–216, 2012]. We start by reviewing the building process of a field theory with gauge symmetries and discussing the conservation laws associated to the theory’s symmetries. We explore the thermodynamic approach to quantum theory and the interesting fact that, when combined with a field theory, the path-integral formulation for quantum field theories emerges naturally. We also present the necessity of introducing a momentum cutoff into the theory and show that embedding space-time on a lattice is a way to introduce this cutoff and renormalize the theory. As a bonus, this also allows the numerical and non-perturbative evaluation of observables. We overview the phenomenological aspects of relativistic heavy-ion collisions and Landau’s two-component model for superfluids, along with a quantum-field-theory motivation for it, and explain details of the test proposed by Chernodub et. al.. Lastly, we show the implementation details of our simulation along with results. We do not see evidence that the proposed superfluid model is able to describe the plasma. We speculate that this might be caused by the absence of fermions in our simulations. / Nesta tese nosso objetivo é testar se o modelo de Landau de duas componentes para superfluidos é compatível com a descrição do plasma de quarks e glúons. Seguimos o teste proposto por Chernodub et. al. [Two-component liquid model for the quark-gluon plasma. Theor. Math. Phys., v. 170, p. 211–216, 2012]. Começamos revisando o processo de construção de uma teoria de campo com simetria de gauge e discutindo as leis de conservação associadas às simetrias da teoria. Exploramos a abordagem termodinâmica para teoria quântica e o interessante fato de que, quando combinada com uma teoria de campo, a formulação de integrais de trajetória para teorias quânticas de campo emerge naturalmente. Também apresentamos a necessidade de se introduzir um corte de momento na teoria, e mostramos que embutir o espaço-tempo em uma rede é um meio de introduzir o corte na teoria e renormalizá-la. Como um bônus, isso também permite o cálculo numérico e não-perturbativo de observáveis. Apresentamos um panorama dos aspectos fenomenológicos da colisão de íons pesados relativísticos e o modelo de duas componentes de Landau para superfluidos, bem como uma motivação de teoria quântica de campo para ele, e explicamos detalhes do teste proposto por Chernodub et. al.. Por fim, mostramos os detalhes de nossa implementação juntamente com nossos resultados. Não vemos evidência de que o modelo de superfluidod proposto seja capaz de descrever o plasma. Nós especulamos que isto possa ser causado pela ausência de férmions em nossas simulações.

O objetivo desse trabalho é estudar aplicações da correspondência AdS/CFT na descrição de plasmas fortemente acoplados similares ao plasma de quarks e glúons (PQG) produzido em colisões de íons pesados no RHIC e no LHC. O projeto está articulado em duas partes. Inicialmente estudamos como alguns observáveis, como a taxa de produção de fótons e diléptons, são afetados por anisotropias espaciais presentes no plasma. Isso é importante porque o PQG produzido em experimentos do mundo real tipicamente começa em configurações de alta anisotropia, que depois evoluem para configurações isotrópicas. Para modelar a anisotropia a acoplamento forte fizemos uso de uma solução de buraco negro de supergravidade do tipo IIB encontrada recentemente em arXiv:1105.3472/hep-th. Como segunda direção de pesquisa e novamente focando em aplicações da correspondência AdS/CFT na descrição do PQG, investigamos teorias de gravidade de Lovelock, que são generalizações naturais da teoria de relatividade geral de Einstein. Essas teorias contém termos com derivadas de ordem superior ao mesmo tempo que mantém equações do movimento de segunda ordem, e por isso constituem uma arena ideal para começar a entender como termos de derivada de ordem superior afetam vários observáveis físicos do plasma. / The aim of this work is to study applications of the AdS/CFT correspondence to strongly coupled plasmas similar to the quark-gluon plasma (QGP) produced in heavy ion collisions at RHIC and LHC. The project is articulated in two parts. Initially, we will study how some observables, such as photon and dilepton production rates, are affected by spatial anisotropies present in the plasma. This is important, since the QGP produced in real world experiments generically starts in highly anisotropic configurations, which later evolve towards isotropy. To model anisotropy at strong coupling we will make use of an anisotropic black hole solution of type IIB supergravity which has been recently obtained in arXiv:1105.3472/ hep-th. As a second direction of research and again focusing on applications of the AdS/CFT correspondence to the QGP, we will investigate Lovelock theories of gravity, which are natural generalizations of Einsteins general relativity. These theories contain higher derivative terms, while maintaining the equations of motion of second order, and constitute an ideal arena where to start understanding how higher derivative corrections affect various physical observables of the plasma.

O Plasma de Quarks e Glúons é um novo estado da matéria criado brevemente em colisões nucleares de alta energia no RHIC (acelerador localizado no Brookhaven National Laboratory) e no LHC (acelerador do CERN, na Suíça). Para pesquisar suas propriedades e estado inicial, várias análises e métodos são usados. Neste mestrado, foi pesquisada a recém proposta Análise em Componentes Principais para multiplicidade e fluxo anisotrópico. É discutida sua sensibilidade ao tamanho das inomogeneidades no estado inicial bem como (de maneira indireta) ao tipo de condições iniciais e energia da colisão. Foi feita também uma comparação com dados experimentais recém obtidos pela colaboração CMS do LHC. O resultado talvez mais promissor é a diferença qualitativa entre dados de flutuações de multiplicidade e resultados de simulações hidrodinâmicas com certas condições iniciais. / The Quark Gluon Plasma is a new state of matter created briefly in high energy nuclear collisions at RHIC (accelerator located at Brookhaven National Laboratory) and at LHC (accelerator at CERN, Switzerland). To research its properties and initial state, many analysis and methods are used. In this master, the recently proposed Principal Component Analysis was studied for multiplicity and anisotropic flow. Its sensitivity to the size of inhomogeneities in the initial state as well as (indirectly) to the kind of initial conditions and collision energy is discussed. Also, a comparison was done with experimental data recently obtained by the CMS collaboration from LHC. Maybe, the most promising result is the qualitative difference between data from multiplicity fluctuations and results from hydrodynamic simulations with different initial conditions.

In this thesis it is performed the measurement of electrons from heavy-flavor hadron decays, with the use of the ALICE detector, at LHC. Two analysis are performed. The first one consists in the measurement of the invariant cross section of electrons from open heavy-flavor (charm or beauty) hadron decays in pp collisions at s = 13 TeV, the largest center of mass energy generated by LHC up to now, in the transverse momentum interval 0.5 < pT < 4 GeV/c. The experimental cross-section is compared to the pQCD-based prediction given by FONLL, and it sits on the upper edge of the theoretical uncertainty band over the full momentum range. The ratios between this experimental result and the equivalent measurements performed at lower center of mass energy have the potential to bring constrains to the FONLL calculation. The second analysis consists in the measurement of the nuclear modification factor, RAA , of electrons from beauty-hadron decays in the 10% most central Pb-Pb collisions at sNN = 5.02 TeV, in the interval 2 < pT < 8 GeV/c. Electrons from beauty-hadron decays are extracted from the inclusive electron yield via fits to the impact parameter distribution using templates of electrons from different sources, obtained from Monte Carlo simulations. This measurement allows to probe the energy loss of beauty quarks when traversing the Quark-Gluon-Plasma (QGP), a color-deconfined medium produced in relativistic heavy-ion collisions. A suppression of about 40-50% is observed on the RAA for pT > 3 GeV/c and it is consistent, over the full momentum range and within experimental uncertainties, with the prediction of pQCD-based models that describe a mass-dependent energy loss of the heavy-quarks while traversing the QGP, interacting with its constituents via radiative and collisional processes. This analysis brings significant improvement of the experimental uncertainties with respect to the equivalent measurement performed with the run 1 data and consists in an important step in the study of the mass-dependence of the energy loss of heavy quarks inside the QGP at low pT . / Nessa tese é feita a medida de elétrons provenientes do decaimento de hadrons que contêm quarks pesados (charm ou beauty), com o uso dos detectores do experimento ALICE, no LHC. Duas análises são realizadas. A primeira consiste na medida da seção de choque invariante de elétrons provenientes do decaimento de hadrons que contêm quarks charm ou beauty em colisões pp a s = 13 TeV, a maior energia de centro de massa gerada pelo LHC até então, na região de momento transversal 0.5 < pT < 4 GeV/c. Esse resultado é comparado com a previsão dada pelo FONLL (calculo baseado em QCD perturbativa) e se situa no limite superior da incerteza teórica, sobre toda a faixa de momento. As razões entre este resultado experimental e medidas equivalentes realizadas em mais baixa energia podem trazer informações importantes para tornar o cálculo teórico mais preciso. A segunda análise consiste na medida do fator de modificação nuclear, RAA , de elétrons provenientes do decaimento de hadrons que contêm quarks beauty, em colisões centrais de Pb-Pb a sNN = 5.02 TeV, no intervalo 2 < pT < 8 GeV/c. Elétrons provenientes de hadrons que contêm quarks beauty são extrados do conjunto de elétrons inclusivos a partir do ajuste da distribuição do parâmetro de impacto com templates de elétrons de diferentes fontes, extrados de simulações de Monte Carlo. Essa medida permite estudar a perda de energia dos quarks beauty ao atravessarem o Plasma de Quarks e Glúons (QGP), produzido em colisões entre ons pesados em altas energias. É observada uma supressão de 40-50% no RAA medido para pT > 3 GeV/c e esta é consistente, sobre toda a faixa de p T , com a previsão de modelos baseados em pQCD, que descrevem a perda de energia dos quarks pesados via processos elásticos e inelásticos com os constituintes do QGP, de maneira dependente da massa. Este resultado possui incertezas experimentais significativamente menores com relação à medida realizada com dados do run 1 e consiste num importante passo no estudo da dependência em massa da perda de energia dos quarks pesados no QGP em baixo pT .

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Foram realizadas análises para o espectro de hádrons em função dos momentos transversais pelos cálculos das distribuições de partículas em sete janelas de centralidade de colisão, de acordo com dados publicados pela Colaboração STAR. A coletividade da matéria nuclear formada durante as colisões foi investigada em termos de correlações azimutais entre hádrons. Verificou-se que as estruturas da correlação dependem do momento transversal e da centralidade. Tais estruturas são atribuídas à interação entre um fundo dependente da centralidade e as flutuações de evento a evento na multiplicidade. Como resultado, as correlações observadas são apresentadas por um duplo pico na região do away-side que mudam continuamente para um pico único sob certas circunstâncias. Em termos do modelo do tubo periférico, o fundo é dominado pelo fluxo elíptico que aumenta com a descentralização. Pelos cálculos numéricos, a anisotropia do sistema é estudada quanto aos coeficientes de fluxo harmônico até a quarta ordem, de acordo com os dados da colaboração PHENIX. A anisotropia do fundo contribui para as correlações entre hádrons e pôde ser avaliada pelo método ZYAM. Após sua subtração na produção do sinal de correlação próprio, a estrutura de correlação resultante é uma função da centralidade, plano de evento e do momento transverso de acordo com os dados das colaborações PHENIX e STAR. Mostrou-se que a estrutura do duplo pico no away-side muda continuamente para um pico único com a redução na centralidade. Além disso, em relação à dependência do plano de eventos, a estrutura de duplo pico no away-side evolui para um pico único à medida que o ângulo azimutal das partículas gatilho se move do plano para o da direção fora do plano de eventos. Também foi mostrado que a estrutura resultante do away-side pode ser sensível ao esquema detalhado pelo método ZYAM, particularmente, a subtração do terceiro coeficiente harmônico. Por último, mas não menos importante, a magnitude da correlação diminuiu com o aumento do momento transversal das partículas associadas. Nossas análises apresentaram um acordo razoável com os dados experimentais publicados pela colaboração PHENIX e STAR do RHIC / The physical phenomena involved in relativistic heavy-ion collisions were studied using a hydrodynamic code, NeXSPheRIO, with event-by-event fluctuating initial conditions featured by high-energy longitudinal flux tubes. Analyses were carried out for hadron spectrum as a function of the transverse momentum by the calculations of particle distributions in seven collision centrality windows, according to the data published by the STAR Collaboration. Also, the collectivity of the nuclear matter formed during the collisions was investigated in terms of dihadron azimuthal correlations. The correlation structures were found to be dependent on the transverse momentum and centrality. They are attributed to the interplay between the centrality dependent background and the eventby-event multiplicity fluctuations. As a result, the observed correlations are featured by a double-peak in the away-side region that continuously change to a single peak under certain circumstances. In terms of the peripheral tube model, the background is dominated by the elliptic flow which increases with decreasing centrality. By numerical calculations, the anisotropy of the system is studied regarding the harmonic flow coefficients up to fourth order, in accordance with the existing RHIC data. The background anisotropy contributes to the dihadron correlations, and can be evaluated by the ZYAM method. After it is subtracted from the proper correlation yields, the resultant correlation structure is a function of centrality, event plane and transverse moment, in accordance with the data from the PHENIX and STAR Collaborations. It was shown that the double-peak structure in the away-side continually changes to a single peak as centrality decreases. In addition, concerning the event plane dependence, the double-peak structure in the away-side evolves into a single peak as the azimuthal angle of the trigger particles moves from the in-plane to the out-of-plane direction. It was also shown that the resultant away-side structure can be sensitive to the detailed schemes of the ZYAM method, particularly, to the subtraction of the third harmonic coefficient. Last but not least, the magnitude of the correlation was found to decrease with increasing transverse moment of the associated particles. Our analyses manifestly presented a reasonable agreement with the experimental data published by the PHENIX and STAR Collaborations

O objetivo desse trabalho é estudar aplicações da correspondência AdS/CFT na descrição de plasmas fortemente acoplados similares ao plasma de quarks e glúons (PQG) produzido em colisões de íons pesados no RHIC e no LHC. O projeto está articulado em duas partes. Inicialmente estudamos como alguns observáveis, como a taxa de produção de fótons e diléptons, são afetados por anisotropias espaciais presentes no plasma. Isso é importante porque o PQG produzido em experimentos do mundo real tipicamente começa em configurações de alta anisotropia, que depois evoluem para configurações isotrópicas. Para modelar a anisotropia a acoplamento forte fizemos uso de uma solução de buraco negro de supergravidade do tipo IIB encontrada recentemente em arXiv:1105.3472/hep-th. Como segunda direção de pesquisa e novamente focando em aplicações da correspondência AdS/CFT na descrição do PQG, investigamos teorias de gravidade de Lovelock, que são generalizações naturais da teoria de relatividade geral de Einstein. Essas teorias contém termos com derivadas de ordem superior ao mesmo tempo que mantém equações do movimento de segunda ordem, e por isso constituem uma arena ideal para começar a entender como termos de derivada de ordem superior afetam vários observáveis físicos do plasma. / The aim of this work is to study applications of the AdS/CFT correspondence to strongly coupled plasmas similar to the quark-gluon plasma (QGP) produced in heavy ion collisions at RHIC and LHC. The project is articulated in two parts. Initially, we will study how some observables, such as photon and dilepton production rates, are affected by spatial anisotropies present in the plasma. This is important, since the QGP produced in real world experiments generically starts in highly anisotropic configurations, which later evolve towards isotropy. To model anisotropy at strong coupling we will make use of an anisotropic black hole solution of type IIB supergravity which has been recently obtained in arXiv:1105.3472/ hep-th. As a second direction of research and again focusing on applications of the AdS/CFT correspondence to the QGP, we will investigate Lovelock theories of gravity, which are natural generalizations of Einsteins general relativity. These theories contain higher derivative terms, while maintaining the equations of motion of second order, and constitute an ideal arena where to start understanding how higher derivative corrections affect various physical observables of the plasma.