Orientador: Adriano A. Natale / Resumo: Este trabalho foi dedicado ao estudo dos principais aspectos das seções de choque de processos que podem ser intermediados por dois fótons ou troca de dois Pomerons em colisões periféricas de íons pesados, estas são avaliadas para as energias que estarão disponíveis no "Relativistic Heavy-Ion collider" (RHIC) e no "Large Hadron Collider" (LHC). A análise foi realizada no espaço de parâmetro de impacto, sendo imposta a condição de colisões periféricas realistas. Foram estimadas a produção de ressonâncias, pares de píons e produção múltipla de partículas. Foi igualmente avaliado o subprocesso 'gama' 'gama' 'VET.' 'gama' 'gama' RHIC, considerando-se que esta reação pode ser inermediada por uma ressonância composta por quarks ou gluons ou através de um laço de férmions. / Abstract: We study the main aspects of cross sections for processes that can be intermediated by two photon and double Pomeron exchange. The analysis was made in impact parameter space requiring the condition for realistic peripheral collisions. We have also estimated resonance production, pions pair and multiple particle production. Processes leading to two photon final states, ! , are also discussed, when they are intermediated by a resonance made of quarks or gluons or by a fermion loop at RHIC energies. / Doutor

Orientador: Donato Giorgio Torrieri / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T22:50:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gambini_GuillermoGeraldoRivera_M.pdf: 5712404 bytes, checksum: 0da05d8acbfc173eed212a7f6e4f6e27 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: A equação de Gribov, Levin e Ryskin (GLR) é uma equação de evolução para as funções de distribuição dos gluons que respeita o limite de Froissart. Motivado pelo fato do fluxo elíptico v2 apresentar scaling no momento transversal, na rapidez, no tamanho do sistema, etc. e pela similaridade que esses scalings possuem com o scaling de Bjorken, modificamos a equação GLR adicionando uma dependência angular a ela. Dessa maneira, temos uma equação diferencial parcial não linear do tipo 2+1 que pode apresentar instabilidades nas soluções, gerando v2. A forma geral das soluções foi inspirada pela descomposição de Fourier para a distribuição de momentos das partículas produzidas em colisões entre íons pesados. Duas soluções para os modos instáveis são obtidas e seus significados físicos discutidos / Abstract: The Gribov-Levin-Ryskin (GLR) equation is an evolution equation for gluon distribution functions which respects Froissart's bound. Motivated by the non-obviousness of elliptic flow v2 scaling in transverse momentum, rapidity, system size, etc. being explained by Hydrodynamics, and the similarity they have with Bjorken scaling, the GLR equation is modified by adding an angular dependence to it; therefore, turning it into a 2+1 nonlinear partial differential equation, which can present instabilities in its solutions, generating v2. The general form of the solutions was inspired by the Fourier decomposition for the momentum distribution of produced particles in heavy-ion collisions. Two solutions for the unstable modes are found and their physical meaning is discussed / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1370446/2014 / 151922/2014-4 / CAPES / CNPQ

Dentre os observáveis globais que permitem caracterizar a colisão entre íons pesados relativísticos, a multiplicidade de partículas é uma das variáveis mais fundamentais, diretamente ligada à densidade de energia da colisão. Serão apresentados resultados do estudo de multiplicidade de partículas carregadas para colisões centrais entre íons de chumbo a energias de 2.76 TeV (energia no centro de massa) utilizando o detector ATLAS no Large Hadron Collider (LHC). A multiplicidade na produção de partículas carregadas é medida utilizando dois métodos diferentes entre o intervalo de pseudorapidez || < 2.5 empregando o sistema de detectores semicondutores centrais de trajetórias do ATLAS. A seleção de eventos é crucial para esta análise e é aplicada a dados obtidos através de um trigger de minimum bias, impondo-se a coincidência entre o sinal do calorímetro de zero grau (ZDC) (|| > 8.3) e a coincidência entre o sinal do Minimum Bias Trigger Scintilator (MBTS) (2.1< || <3.8), de forma a remover da amostra de dados os eventos decorrentes da dissociação eletromagnética. Neste trabalho, eventos produzidos pelo gerador de eventos HIJING também foram analisados e os dados simulados reconstruídos utilizando-se os mesmos algoritmos empregados na análise dos dados reais. A multiplicidade e a densidade inclusiva de partículas foram medidas para as colisões mais centrais e estão em bom acordo com os resultados obtidos por outros experimentos. / From the global observables that allows the characterization of the heavy ion collisions at relativistic energies, the particle multiplicity is one of the most fundamental observables, directly related to the energy density of the collision. There will be presented results about the study of central collision charged particle multiplicity in Pb - Pb collisions at the 2.76 TeV center of mass energy using the ATLAS detector at the Large Hadron Collider (LHC). The particle multiplicity is measured using two different methods in the || < 2:5 rapidity interval, deploying the ATLAS inner tracker semiconductor system. The event selection plays a crucial role in this analysis and is applied on data acquired using a minimum bias trigger. Imposing the condition of coincidence between the two Zero Degree Calorimeters (ZDC) arms (|| > 8.3) and the coincidence of the Minimum Bias Trigger Scintillator (MBTS) detector (2.1 < || <3.8) the electromagnetic dissociation events are removed from the sample. For this work, events produced by the HIJING event generator were also analyzed and the simulated data was reconstructed using the same algorithms used on data. The multiplicities and inclusive particle density measured for most central collisions are in good agreement with the ones measured by other experiments.

Dentre os observáveis globais que permitem caracterizar a colisão entre íons pesados relativísticos, a multiplicidade de partículas é uma das variáveis mais fundamentais, diretamente ligada à densidade de energia da colisão. Serão apresentados resultados do estudo de multiplicidade de partículas carregadas para colisões centrais entre íons de chumbo a energias de 2.76 TeV (energia no centro de massa) utilizando o detector ATLAS no Large Hadron Collider (LHC). A multiplicidade na produção de partículas carregadas é medida utilizando dois métodos diferentes entre o intervalo de pseudorapidez || < 2.5 empregando o sistema de detectores semicondutores centrais de trajetórias do ATLAS. A seleção de eventos é crucial para esta análise e é aplicada a dados obtidos através de um trigger de minimum bias, impondo-se a coincidência entre o sinal do calorímetro de zero grau (ZDC) (|| > 8.3) e a coincidência entre o sinal do Minimum Bias Trigger Scintilator (MBTS) (2.1< || <3.8), de forma a remover da amostra de dados os eventos decorrentes da dissociação eletromagnética. Neste trabalho, eventos produzidos pelo gerador de eventos HIJING também foram analisados e os dados simulados reconstruídos utilizando-se os mesmos algoritmos empregados na análise dos dados reais. A multiplicidade e a densidade inclusiva de partículas foram medidas para as colisões mais centrais e estão em bom acordo com os resultados obtidos por outros experimentos. / From the global observables that allows the characterization of the heavy ion collisions at relativistic energies, the particle multiplicity is one of the most fundamental observables, directly related to the energy density of the collision. There will be presented results about the study of central collision charged particle multiplicity in Pb - Pb collisions at the 2.76 TeV center of mass energy using the ATLAS detector at the Large Hadron Collider (LHC). The particle multiplicity is measured using two different methods in the || < 2:5 rapidity interval, deploying the ATLAS inner tracker semiconductor system. The event selection plays a crucial role in this analysis and is applied on data acquired using a minimum bias trigger. Imposing the condition of coincidence between the two Zero Degree Calorimeters (ZDC) arms (|| > 8.3) and the coincidence of the Minimum Bias Trigger Scintillator (MBTS) detector (2.1 < || <3.8) the electromagnetic dissociation events are removed from the sample. For this work, events produced by the HIJING event generator were also analyzed and the simulated data was reconstructed using the same algorithms used on data. The multiplicities and inclusive particle density measured for most central collisions are in good agreement with the ones measured by other experiments.

We perform an event-by-event hydrodynamic analysis for Pb-Pb collisions at the incident energy of sqrt(sNN) = 2.76TeV, also studying the effects of two equations of state under the same initial conditions and freeze-out scenario: one characterized by a critical point and the other based on Lattice QCD (Quantum Chromodynamics) calculations. The observables of interest are particle spectra in terms of pseudorapidity and transverse momentum, as well as flow harmonics, which are coefficients that carry information on the initial anisotropies of the system throughout its evolution. Those are computed and compared with experimental Large Hadron Collider (LHC) data. There are slight differences in the results for each equation of state, caused by their distinct features. Lastly, the LHC-based calculations are compared with previous works related to the Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) experimental data. The main techniques of the latter are performed in this work, which results in differences between some aspects in the outcome for each collision type, from initial energy distributions to freeze-out temperatures. / É feita uma análise de hidrodinâmica evento-por-evento para colisões de Pb-Pb à energia incidente de sqrt(sNN) = 2.76TeV. Estudamos os efeitos de duas equações de estado sob as mesmas condições iniciais e desacoplamento: uma é caracterizada por um ponto crítico e a outra é baseada em cálculos de Lattice QCD (Cromodinâmica Quântica). Os observáveis de interesse são os espectros de partículas em termos da pseudo rapidez e momento transversal, assim como os coeficientes harmônicos de Fourier que, por sua vez, carregam as anisotropias iniciais do sistema durante toda a sua evolução. Tais observáveis são calculados e comparados com dados experimentais do Large Hadron Collider (LHC). Por fim, os cálculos baseados em parâmetros referentes às energias do LHC são comparados com trabalhos anteriores feitos com base em dados experimentais do Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC). Os principais métodos usados no caso anterior são aplicados a este trabalho, o que resulta em algumas diferenças entre os resultados dos dois tipos de colisão, desde a distribuição de energia inicial a temperaturas de freeze-out.

O advento dos colisores modernos tem proporcionado novas possibilidades de estudo em física de partículas como, por exemplo, a busca por nova física e o estudo de novos estados da matéria hadrônica. Em particular, em colisões de íons pesados em altas energias, acredita-se que um novo estado da matéria seja formado antes da colisão, o chamado condensado de vidros de cor. Tal estado seria a condição inicial de um plasma de quarks e glúons e é caracterizado por altas densidades de pártons (quarks e glúons). De fato, as equações de evolução da Cromodinâmica Quântica predizem que, para virtualidades moderadas e altas energias, os hádrons se tornam sistemas extremamente densos devido ao crescimento das distribuições de glúons nessas condições. Um crescimento indefinido das distribuições de glúons poderia levar à violação do vínculo de unitariedade. Para evitar essa violação, existe um mecanismo chamado de saturação de pártons o qual contém o crescimento das distribuições de quarks e glúons de forma a respeitar o vínculo de unitariedade. Teoricamente, no limite de altas energias, observa-se que os hádrons são populados especialmente por glúons. Experimentalmente, existem indícios da saturação em colisões ep, pp, pA e AA, contudo, isso ainda é uma questão em aberto. Portanto, no limite de altas densidades, espera- se que a física não linear, a qual leva em conta efeitos de recombinações de glúon, passe a se manifestar. Uma alternativa para o estudo da saturação em colisores hadrônicos são os processos foto-induzidos, os quais ocorrem em interações ultraperiféricas. Em uma colisão ultraperiférica entre dois hádrons, o parâmetro de impacto é maior do que a soma dos raios dos hádrons, de forma que interações fortes são suprimidas. Dessa forma os hádrons atuam como fontes de fótons (quase reais) podendo ocorrer interações fóton-hádron e fóton-fóton. Nesse trabalho estudamos a fotoprodução difrativa de mésons vetoriais em energias do LHC para colisões ultraperiféricas próton-próton, próton-núcleo e núcleo-núcleo e a produção dupla de mésons vetoriais em colisões fóton-fóton e devido ao mecanismo de duplo espalhamento fóton-p(A). Mostramos como esses processos podem ser usados para estudar a física de altas energias e os efeitos de saturação. Os efeitos de saturação em nossos cálculos são levados em conta através do formalismo de dipolo de cor, que é uma das ferramentas básicas usadas nessa tese. O tratamento de colisões ultraperiféricas hádron-hádron foi feito com a aproximação de fótons equivalentes que assim como o formalismo de dipolo, foi extensamente usada. Nossos resultados apontam que o estudo fenomenológico e experimental dos tipos de processos citados acima são factíveis e podem ser usados para vincular a dinâmica da QCD em altas energias. / The advent of the modern colliders has provided new possibilities of study in particle physics as, for example, the search for new physics and the study of new states of the hadronic matter. In particular, in high energy heavy ion collisions is expected that a new state can be formed before the collision, the so called Color Glass Condensate. This state would be the initial condition of the Quark Gluon Plasma and is characterized by high parton (quarks and gluons) densities. Indeed, the Quantum Chromodynamics evolution equations predict that, for moderate virtualities and high energies, the hadrons become extremely dense systems due to the growth of the parton distribution in these conditions. An indefinite growth of the parton distributions could lead to the violation of the unitarity bound. To avoid this violation, there is a mechanism called parton saturation which tames the growth of the parton distributions to satisfy the unitarity bound. Theoretically, in the high energy limit, one can see that the hadrons are populated mainly by gluons. Experimentally, there are indications of the saturation in ep, pp, pA and AA collisions, however, this is an open question. So, in the high density limit, we expect that the nonlinear physics, which takes into account gluon recombination effects start to manifest itself. An alternative for the study of the saturation at hadronic colliders are the photon-induced processes, which occurs in ultra-peripheral collisions. In a ultra-peripheral collision between two hadrons the impact parameter is greater than the sum of the radii of the hadrons, so the strong interaction is suppressed. Thus, the hadrons act as sources of (almost real) photons and may occur photon-hadron and photon-photon interactions. In this work we study the diffractive photoproduction of vector mesons at LHC and future colliders energies in ultra-peripheral proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions and the double vector meson production in photon-photon collisions and due to the double photon-p(A) scattering mechanism. We show how these processes can be used to study the high energy physics and the saturation effects. These effects are considered in our calculations through the color dipole formalism, which is one of the basic tools used in this thesis. The treatment of the ultra-peripheral hadron-hadron collisions was done through the equivalent photon approximation that just as in the dipole formalism, was widely used. Our results point that the phenomenological and experimental studies of the processes cited above are feasible and can be used to constraint the QCD dynamics in high energies.

We perform an event-by-event hydrodynamic analysis for Pb-Pb collisions at the incident energy of sqrt(sNN) = 2.76TeV, also studying the effects of two equations of state under the same initial conditions and freeze-out scenario: one characterized by a critical point and the other based on Lattice QCD (Quantum Chromodynamics) calculations. The observables of interest are particle spectra in terms of pseudorapidity and transverse momentum, as well as flow harmonics, which are coefficients that carry information on the initial anisotropies of the system throughout its evolution. Those are computed and compared with experimental Large Hadron Collider (LHC) data. There are slight differences in the results for each equation of state, caused by their distinct features. Lastly, the LHC-based calculations are compared with previous works related to the Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC) experimental data. The main techniques of the latter are performed in this work, which results in differences between some aspects in the outcome for each collision type, from initial energy distributions to freeze-out temperatures. / É feita uma análise de hidrodinâmica evento-por-evento para colisões de Pb-Pb à energia incidente de sqrt(sNN) = 2.76TeV. Estudamos os efeitos de duas equações de estado sob as mesmas condições iniciais e desacoplamento: uma é caracterizada por um ponto crítico e a outra é baseada em cálculos de Lattice QCD (Cromodinâmica Quântica). Os observáveis de interesse são os espectros de partículas em termos da pseudo rapidez e momento transversal, assim como os coeficientes harmônicos de Fourier que, por sua vez, carregam as anisotropias iniciais do sistema durante toda a sua evolução. Tais observáveis são calculados e comparados com dados experimentais do Large Hadron Collider (LHC). Por fim, os cálculos baseados em parâmetros referentes às energias do LHC são comparados com trabalhos anteriores feitos com base em dados experimentais do Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC). Os principais métodos usados no caso anterior são aplicados a este trabalho, o que resulta em algumas diferenças entre os resultados dos dois tipos de colisão, desde a distribuição de energia inicial a temperaturas de freeze-out.

O advento dos colisores modernos tem proporcionado novas possibilidades de estudo em física de partículas como, por exemplo, a busca por nova física e o estudo de novos estados da matéria hadrônica. Em particular, em colisões de íons pesados em altas energias, acredita-se que um novo estado da matéria seja formado antes da colisão, o chamado condensado de vidros de cor. Tal estado seria a condição inicial de um plasma de quarks e glúons e é caracterizado por altas densidades de pártons (quarks e glúons). De fato, as equações de evolução da Cromodinâmica Quântica predizem que, para virtualidades moderadas e altas energias, os hádrons se tornam sistemas extremamente densos devido ao crescimento das distribuições de glúons nessas condições. Um crescimento indefinido das distribuições de glúons poderia levar à violação do vínculo de unitariedade. Para evitar essa violação, existe um mecanismo chamado de saturação de pártons o qual contém o crescimento das distribuições de quarks e glúons de forma a respeitar o vínculo de unitariedade. Teoricamente, no limite de altas energias, observa-se que os hádrons são populados especialmente por glúons. Experimentalmente, existem indícios da saturação em colisões ep, pp, pA e AA, contudo, isso ainda é uma questão em aberto. Portanto, no limite de altas densidades, espera- se que a física não linear, a qual leva em conta efeitos de recombinações de glúon, passe a se manifestar. Uma alternativa para o estudo da saturação em colisores hadrônicos são os processos foto-induzidos, os quais ocorrem em interações ultraperiféricas. Em uma colisão ultraperiférica entre dois hádrons, o parâmetro de impacto é maior do que a soma dos raios dos hádrons, de forma que interações fortes são suprimidas. Dessa forma os hádrons atuam como fontes de fótons (quase reais) podendo ocorrer interações fóton-hádron e fóton-fóton. Nesse trabalho estudamos a fotoprodução difrativa de mésons vetoriais em energias do LHC para colisões ultraperiféricas próton-próton, próton-núcleo e núcleo-núcleo e a produção dupla de mésons vetoriais em colisões fóton-fóton e devido ao mecanismo de duplo espalhamento fóton-p(A). Mostramos como esses processos podem ser usados para estudar a física de altas energias e os efeitos de saturação. Os efeitos de saturação em nossos cálculos são levados em conta através do formalismo de dipolo de cor, que é uma das ferramentas básicas usadas nessa tese. O tratamento de colisões ultraperiféricas hádron-hádron foi feito com a aproximação de fótons equivalentes que assim como o formalismo de dipolo, foi extensamente usada. Nossos resultados apontam que o estudo fenomenológico e experimental dos tipos de processos citados acima são factíveis e podem ser usados para vincular a dinâmica da QCD em altas energias. / The advent of the modern colliders has provided new possibilities of study in particle physics as, for example, the search for new physics and the study of new states of the hadronic matter. In particular, in high energy heavy ion collisions is expected that a new state can be formed before the collision, the so called Color Glass Condensate. This state would be the initial condition of the Quark Gluon Plasma and is characterized by high parton (quarks and gluons) densities. Indeed, the Quantum Chromodynamics evolution equations predict that, for moderate virtualities and high energies, the hadrons become extremely dense systems due to the growth of the parton distribution in these conditions. An indefinite growth of the parton distributions could lead to the violation of the unitarity bound. To avoid this violation, there is a mechanism called parton saturation which tames the growth of the parton distributions to satisfy the unitarity bound. Theoretically, in the high energy limit, one can see that the hadrons are populated mainly by gluons. Experimentally, there are indications of the saturation in ep, pp, pA and AA collisions, however, this is an open question. So, in the high density limit, we expect that the nonlinear physics, which takes into account gluon recombination effects start to manifest itself. An alternative for the study of the saturation at hadronic colliders are the photon-induced processes, which occurs in ultra-peripheral collisions. In a ultra-peripheral collision between two hadrons the impact parameter is greater than the sum of the radii of the hadrons, so the strong interaction is suppressed. Thus, the hadrons act as sources of (almost real) photons and may occur photon-hadron and photon-photon interactions. In this work we study the diffractive photoproduction of vector mesons at LHC and future colliders energies in ultra-peripheral proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions and the double vector meson production in photon-photon collisions and due to the double photon-p(A) scattering mechanism. We show how these processes can be used to study the high energy physics and the saturation effects. These effects are considered in our calculations through the color dipole formalism, which is one of the basic tools used in this thesis. The treatment of the ultra-peripheral hadron-hadron collisions was done through the equivalent photon approximation that just as in the dipole formalism, was widely used. Our results point that the phenomenological and experimental studies of the processes cited above are feasible and can be used to constraint the QCD dynamics in high energies.

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 tese estudamos o fluxo dirigido, a primeira componente na expansão de Fourier da distribuição azimutal das partículas emitidas. Diferente do fluxo elíptico, que é muito bem estudado e descrito na literatura, a física que gera este observável ainda não é muito conhecida. Mostramos que este observável é altamente sensível a condições iniciais, comparando vários resultados numéricos para diferentes condições iniciais, entre analíticas e numéricas. Propomos que o fluxo dirigido também é sensível à aceleração longitudinal e formulamos um modelo analítico baseado nesta hipótese. Este modelo sugere quais ingredientes são relevantes para o fluxo dirigido. Ele é confrontado com sucesso com cálculos numéricos, resultados experimentais e cálculos que não incluem a aceleração longitudinal. / In this thesis we study the directed flow, the first component in the Fourier\'s expansion of the azimuthal distribution of emitted particles. Unlike the elliptic flow, which is well studied and described in the literature, the physics that generates this observable is not yet well described. We show that this observable is highly sensible to the initial conditions, comparing several numeric results with different initial conditions, between analytic and numeric ones. We propose that the directed flow is also sensitive to the longitudinal acceleration and we formulate an analytic model based in this hypothesis. This model suggests which ingredients are relevant to the directed flow. It is confronted with success against numeric calculus, experimental results, and calculus that do not include the longitudinal acceleration.