A física de altas energias, mais especificamente o estudo de colisões entre de íons pesados relativísticos tem como objetivo o estudo do comportamento de quarks e glúons em condições extremas de temperatura, pressão e densidade. Tais condições levam à formação de um novo estado da matéria chamado Plasma de Quarks e Glúons (QGP, do inglês Quark-Gluon Plasma). Medidas de observáveis globais tem sido usadas como uma importante ferramenta para a caracterização desse novo estado. Entre esses observáveis, a energia transversal por unidade de rapidez (dET/dy) das partículas emitidas em uma colisão entre íons pesados pode ser usada como evidência da formação do QGP. Este trabalho propõe um procedimento para obtenção da energia transversal eletromagnética, que é um importante componente da energia transversal total, em colisões Pb-Pb no experimento ALICE no LHC. O estudo foi feito através de simulações de Monte Carlo e validou o procedimento proposto com uma diferença sistemática em função da centralidade em torno de 2%. / High energy physics with heavy ion collisions studies quarks and gluons under extreme conditions of temperature, pressure and density. Such conditions lead to the formation of a new state of matter called the Quark-Gluon Plasma (QGP). The measurement of global observables have been used as an important tool for the characterization of this new state. Among these observables, the transverse energy per unit of rapidity (dET/dy) from particles emitted in a heavy ion collision can be used as evidence of QGP formation. The work proposes a procedure to obtain the transverse electromagnetic energy, an important component of total transverse energy, in Pb-Pb collisions measured by the LHC-ALICE experiment. The study was done using Monte Carlo simulations, and validated the proposed procedure with a systematic difference as function of the centrality around 2%.

A física de altas energias, mais especificamente o estudo de colisões entre de íons pesados relativísticos tem como objetivo o estudo do comportamento de quarks e glúons em condições extremas de temperatura, pressão e densidade. Tais condições levam à formação de um novo estado da matéria chamado Plasma de Quarks e Glúons (QGP, do inglês Quark-Gluon Plasma). Medidas de observáveis globais tem sido usadas como uma importante ferramenta para a caracterização desse novo estado. Entre esses observáveis, a energia transversal por unidade de rapidez (dET/dy) das partículas emitidas em uma colisão entre íons pesados pode ser usada como evidência da formação do QGP. Este trabalho propõe um procedimento para obtenção da energia transversal eletromagnética, que é um importante componente da energia transversal total, em colisões Pb-Pb no experimento ALICE no LHC. O estudo foi feito através de simulações de Monte Carlo e validou o procedimento proposto com uma diferença sistemática em função da centralidade em torno de 2%. / High energy physics with heavy ion collisions studies quarks and gluons under extreme conditions of temperature, pressure and density. Such conditions lead to the formation of a new state of matter called the Quark-Gluon Plasma (QGP). The measurement of global observables have been used as an important tool for the characterization of this new state. Among these observables, the transverse energy per unit of rapidity (dET/dy) from particles emitted in a heavy ion collision can be used as evidence of QGP formation. The work proposes a procedure to obtain the transverse electromagnetic energy, an important component of total transverse energy, in Pb-Pb collisions measured by the LHC-ALICE experiment. The study was done using Monte Carlo simulations, and validated the proposed procedure with a systematic difference as function of the centrality around 2%.

Nesta dissertação calculamos o parâmetro de fluxo elíptico v2, em função da pseudorapidez η, do momento transversal pt e da centralidade da colisão. Encontramos que v2, em função de η, reproduz a forma característica dos dados experimentais, apresentando um máximo em η = 0 e diminuindo conforme |η| aumenta. Obtivemos, também, que v2, em função de pt, cresce de forma, aproximadamente, linear, não apresentando a saturação observada nos dados experimentais, para pt > 1.5GeV (quando usamos a fórmula de Cooper-Frye). Usando o mecanismo de emissão contínua, há uma considerável redução do fluxo elíptico, na região de pt grande. Entretanto, tal redução não caracteriza uma saturação. No caso de v2, em função da centralidade, os resultados mostram-se consistentes com os dados experimentais. Verificamos, também, que os efeitos de uma equação de estado com ponto crítico é pouco significativo para o fluxo elíptico. Por outro lado, encontramos uma forte dependência de v2 em relação ao tipo de condições iniciais adotado (condições iniciais médias ou condições iniciais flutuantes). Finalmente, propomos uma fórmula para cálculo de v2, a partir de quantidades que podem ser medidas experimentalmente. O resultado obtido com esta fórmula mostra-se consistente com v2 calculado de maneira teórica (em relação à direção do parâmetro de impacto). / In this work, we calculate the elliptic flow parameter v2, as a function of the pseudorapidity η, the transversal momentum pt and the centrality of the collision. We found that v2,as a function of η, reproduces the characteristic shape of the experimental data, with a maximum at η = 0 and decreasing as |η| increases. We aIso observed that v2, as a function of pt, linearly increases, therefore it doesn't show the saturation observed in experimental data, for pt > 1.5 GeV (when we use the Cooper-Frye prescription). Using the continuous emission mechanism, we observed a considerable reduction of the elliptical flow in the range of high pt. However, such a reduction doesn't characterize a saturation. In the case of v2, as a function of centrality, the results are consistent with the experimental data. We also verified that the effect of a equation of state with critical point is of little importance to the elliptical flow. On the other side, we found a strong dependence of v2 on the type of initial conditions used (average or fluctuating initials conditions). Finally, we propose a prescrition to calculate v2 from quantities which can be experimentally measured. The result obtained with this prescrition is consistent with the v2 theoretically computed (using the impact parameter direction).

O objetivo de investigar colisões de íons pesados no regime relativístico é de estudar os quarks e glúons em condições extremas de pressão, densidade e temperatura, reproduzindo as condições da matéria nos instantes iniciais da formação do universo. Nesse trabalho, a energia transversal ET foi investigada para colisões Au+Au no experimento STAR no RHIC a energias de feixe no intervalo de 7.7 à 200 GeV. A dependência do ET normalizado pelo número de participantes em função da centralidade e energia de colisão foi medida, bem como a dependência do ET dividido pela densidade de partículas carregadas em função da energia de colisão para colisões centrais. Os resultados desse estudo indicam que para energias menores do que 7.7 GeV, a energia transversal média por unidade de carga produzida varia significativamente com o aumento da energia de colisão, atingindo o limite de saturação para o intervalo de energias maiores do que 7.7 GeV, onde essa razão passa a ser praticamente constante em função da energia de colisão. Por fim, a componente eletromagnética da energia transversal também foi medida, e os resultados indicam que para as energias mais baixas o estado final é dominado por bárions, ao passo que para altas energias o mesmo é dominado por mésons. / The goal of relativistic heavy-ion collisions is to study the behavior of quarks and gluons under extreme conditions of pressure, density and temperature, such as those expected to have existed in the the beginning of the universe. In this work, the transverse energy ET was investigated for Au+Au collisions measured with the STAR experiment at RHIC with beam energies from 7.7 to 200 GeV. The centrality and collision energy dependence of ET per number of participants was measured, as well as the energy dependence for the ET per charged particles in central collisions. The results indicate that for collision energies less than 7.7 GeV the average transverse energy per unit charge varies significantly with increasing collision energy, reaching the saturation limit for energies higher than 7.7 GeV, where this ratio becomes almost constant. The electromagnetic fraction of the total ET was estimated, and the results are in agreement with a final state dominated by baryons, for lower energies, and a meson dominated state for higher energies.

Neste trabalho usamos um modelo hidrodinâmico com condições iniciais flutuantes evento a evento para estudar alguns observáveis em colisões de íons pesados relativísticos. Mostramos que a introdução de flutuações, caracterizadas por tubos longitudinais de alta densidade de energia, torna o cálculo dos observáveis mais próximo dos dados, em comparação à abordagem tradicional, na qual as condições iniciais são parametrizadas através de funções suaves e simétricas. No caso da distribuição de partículas em função do momento transversal, observamos um aumento do número de partículas na região onde p_t>2.0GeV, como consequência da expansão rápida dos tubos de alta densidade de energia, principalmente os tubos próximos à superfície da matéria, que chamamos de tubos periféricos. No caso de v_2 em função do momento transversal, observamos uma redução do fluxo elíptico na mesma região, devido à expansão isotrópica dos tubos periféricos. No caso de v_2 em função da pseudo-rapidez, observamos, com o uso das condições iniciais flutuantes, uma curva com um perfil triangular muito próximo dos dados. No caso da função de correlação de duas partículas, observamos que os tubos periféricos dão origem às chamadas estruturas de Ridge. Estas estruturas representam correlações de longo alcance, na direção longitudinal, entre as partículas trigger e as partículas associadas. Obtivemos uma função de correlação com três Ridges, respectivamente, nas posições: \\Delta\\phi=0, \\Delta\\phi=2 e \\Delta\\phi=-2. Mostramos, também, que o modelo reproduz o chamado efeito in-plane/out-of-plane, que está relacionado com a dependência da função de correlação de duas partículas em relação ao ângulo azimutal do momento da partícula trigger. De modo geral, observamos que, com o ajuste correto dos parâmetros do modelo, como por exemplo, a distribuição de densidade de energia inicial média e a temperatura de desacoplamento, todos os observáveis discutidos nesta tese apresentam um razoável acordo com os dados. / In this work we apply a hydrodynamic model with fluctuating initial conditions in a event by event basis to study some observables in relativistic heavy ion collisions. We show that the introduction of fluctuations, characterized by longitudinal high energy density tubes, turn the computation of the observables closer to data, in comparison to the traditional approach, in which the initial conditions are parametrized by using smooth and symmetrical functions. In the case of the transverse momentum distribution, we observe an enhancement of the number of particles in the region where p_t>2.0GeV, as a consequence of the fast expansion of the high energy density tubes, mainly the tubes that are close to the surface of the matter, called peripheral tubes. In the case of v_2 as a function of the transverse momentum, we observe a reduction of the elliptic flow at the same region, due to the isotropic expansion of the peripheral tubes. In the case of v_2 as a function of the pseudorapidity, we observe, by using the fluctuating initial conditions, a curve with a triangular shape very close to data. In the case of the two particle correlation function, we observed that the peripheral tubes give rise to the Ridge structures. These structures represent a long range correlation, in the longitudinal direction, between the trigger particles and the associated particles. We got a two particle correlation function with three Ridges, respectively, at the positions: \\Delta\\phi=0, \\Delta\\phi=2 and \\Delta\\phi=-2. In addition, we show that the model reproduces the in-plane/out-of-plane effect, which is related with the two particle correlation function dependence on the azimuthal angle of the momentum of the trigger particle. Generally, we observed that, with the proper adjustment of the parameters of the model, as, for example, the average initial energy density and the freeze-out temperature, all observables discussed in this thesis show a reasonable agreement with data.

Neste trabalho usamos um modelo hidrodinâmico com condições iniciais flutuantes evento a evento para estudar alguns observáveis em colisões de íons pesados relativísticos. Mostramos que a introdução de flutuações, caracterizadas por tubos longitudinais de alta densidade de energia, torna o cálculo dos observáveis mais próximo dos dados, em comparação à abordagem tradicional, na qual as condições iniciais são parametrizadas através de funções suaves e simétricas. No caso da distribuição de partículas em função do momento transversal, observamos um aumento do número de partículas na região onde p_t>2.0GeV, como consequência da expansão rápida dos tubos de alta densidade de energia, principalmente os tubos próximos à superfície da matéria, que chamamos de tubos periféricos. No caso de v_2 em função do momento transversal, observamos uma redução do fluxo elíptico na mesma região, devido à expansão isotrópica dos tubos periféricos. No caso de v_2 em função da pseudo-rapidez, observamos, com o uso das condições iniciais flutuantes, uma curva com um perfil triangular muito próximo dos dados. No caso da função de correlação de duas partículas, observamos que os tubos periféricos dão origem às chamadas estruturas de Ridge. Estas estruturas representam correlações de longo alcance, na direção longitudinal, entre as partículas trigger e as partículas associadas. Obtivemos uma função de correlação com três Ridges, respectivamente, nas posições: \\Delta\\phi=0, \\Delta\\phi=2 e \\Delta\\phi=-2. Mostramos, também, que o modelo reproduz o chamado efeito in-plane/out-of-plane, que está relacionado com a dependência da função de correlação de duas partículas em relação ao ângulo azimutal do momento da partícula trigger. De modo geral, observamos que, com o ajuste correto dos parâmetros do modelo, como por exemplo, a distribuição de densidade de energia inicial média e a temperatura de desacoplamento, todos os observáveis discutidos nesta tese apresentam um razoável acordo com os dados. / In this work we apply a hydrodynamic model with fluctuating initial conditions in a event by event basis to study some observables in relativistic heavy ion collisions. We show that the introduction of fluctuations, characterized by longitudinal high energy density tubes, turn the computation of the observables closer to data, in comparison to the traditional approach, in which the initial conditions are parametrized by using smooth and symmetrical functions. In the case of the transverse momentum distribution, we observe an enhancement of the number of particles in the region where p_t>2.0GeV, as a consequence of the fast expansion of the high energy density tubes, mainly the tubes that are close to the surface of the matter, called peripheral tubes. In the case of v_2 as a function of the transverse momentum, we observe a reduction of the elliptic flow at the same region, due to the isotropic expansion of the peripheral tubes. In the case of v_2 as a function of the pseudorapidity, we observe, by using the fluctuating initial conditions, a curve with a triangular shape very close to data. In the case of the two particle correlation function, we observed that the peripheral tubes give rise to the Ridge structures. These structures represent a long range correlation, in the longitudinal direction, between the trigger particles and the associated particles. We got a two particle correlation function with three Ridges, respectively, at the positions: \\Delta\\phi=0, \\Delta\\phi=2 and \\Delta\\phi=-2. In addition, we show that the model reproduces the in-plane/out-of-plane effect, which is related with the two particle correlation function dependence on the azimuthal angle of the momentum of the trigger particle. Generally, we observed that, with the proper adjustment of the parameters of the model, as, for example, the average initial energy density and the freeze-out temperature, all observables discussed in this thesis show a reasonable agreement with data.

Nesta dissertação calculamos o parâmetro de fluxo elíptico v2, em função da pseudorapidez η, do momento transversal pt e da centralidade da colisão. Encontramos que v2, em função de η, reproduz a forma característica dos dados experimentais, apresentando um máximo em η = 0 e diminuindo conforme |η| aumenta. Obtivemos, também, que v2, em função de pt, cresce de forma, aproximadamente, linear, não apresentando a saturação observada nos dados experimentais, para pt > 1.5GeV (quando usamos a fórmula de Cooper-Frye). Usando o mecanismo de emissão contínua, há uma considerável redução do fluxo elíptico, na região de pt grande. Entretanto, tal redução não caracteriza uma saturação. No caso de v2, em função da centralidade, os resultados mostram-se consistentes com os dados experimentais. Verificamos, também, que os efeitos de uma equação de estado com ponto crítico é pouco significativo para o fluxo elíptico. Por outro lado, encontramos uma forte dependência de v2 em relação ao tipo de condições iniciais adotado (condições iniciais médias ou condições iniciais flutuantes). Finalmente, propomos uma fórmula para cálculo de v2, a partir de quantidades que podem ser medidas experimentalmente. O resultado obtido com esta fórmula mostra-se consistente com v2 calculado de maneira teórica (em relação à direção do parâmetro de impacto). / In this work, we calculate the elliptic flow parameter v2, as a function of the pseudorapidity η, the transversal momentum pt and the centrality of the collision. We found that v2,as a function of η, reproduces the characteristic shape of the experimental data, with a maximum at η = 0 and decreasing as |η| increases. We aIso observed that v2, as a function of pt, linearly increases, therefore it doesn't show the saturation observed in experimental data, for pt > 1.5 GeV (when we use the Cooper-Frye prescription). Using the continuous emission mechanism, we observed a considerable reduction of the elliptical flow in the range of high pt. However, such a reduction doesn't characterize a saturation. In the case of v2, as a function of centrality, the results are consistent with the experimental data. We also verified that the effect of a equation of state with critical point is of little importance to the elliptical flow. On the other side, we found a strong dependence of v2 on the type of initial conditions used (average or fluctuating initials conditions). Finally, we propose a prescrition to calculate v2 from quantities which can be experimentally measured. The result obtained with this prescrition is consistent with the v2 theoretically computed (using the impact parameter direction).

O objetivo de investigar colisões de íons pesados no regime relativístico é de estudar os quarks e glúons em condições extremas de pressão, densidade e temperatura, reproduzindo as condições da matéria nos instantes iniciais da formação do universo. Nesse trabalho, a energia transversal ET foi investigada para colisões Au+Au no experimento STAR no RHIC a energias de feixe no intervalo de 7.7 à 200 GeV. A dependência do ET normalizado pelo número de participantes em função da centralidade e energia de colisão foi medida, bem como a dependência do ET dividido pela densidade de partículas carregadas em função da energia de colisão para colisões centrais. Os resultados desse estudo indicam que para energias menores do que 7.7 GeV, a energia transversal média por unidade de carga produzida varia significativamente com o aumento da energia de colisão, atingindo o limite de saturação para o intervalo de energias maiores do que 7.7 GeV, onde essa razão passa a ser praticamente constante em função da energia de colisão. Por fim, a componente eletromagnética da energia transversal também foi medida, e os resultados indicam que para as energias mais baixas o estado final é dominado por bárions, ao passo que para altas energias o mesmo é dominado por mésons. / The goal of relativistic heavy-ion collisions is to study the behavior of quarks and gluons under extreme conditions of pressure, density and temperature, such as those expected to have existed in the the beginning of the universe. In this work, the transverse energy ET was investigated for Au+Au collisions measured with the STAR experiment at RHIC with beam energies from 7.7 to 200 GeV. The centrality and collision energy dependence of ET per number of participants was measured, as well as the energy dependence for the ET per charged particles in central collisions. The results indicate that for collision energies less than 7.7 GeV the average transverse energy per unit charge varies significantly with increasing collision energy, reaching the saturation limit for energies higher than 7.7 GeV, where this ratio becomes almost constant. The electromagnetic fraction of the total ET was estimated, and the results are in agreement with a final state dominated by baryons, for lower energies, and a meson dominated state for higher energies.

Submitted by Wagner Maciel Castilho (castilho.w@gmail.com) on 2017-12-05T10:53:57Z No. of bitstreams: 1 TeseWagner.pdf: 4189219 bytes, checksum: dbc77f46b31b8872c5aafe68d8a5b7d0 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2017-12-05T12:38:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 catilho_wm_dr_guara.pdf: 4189219 bytes, checksum: dbc77f46b31b8872c5aafe68d8a5b7d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T12:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 catilho_wm_dr_guara.pdf: 4189219 bytes, checksum: dbc77f46b31b8872c5aafe68d8a5b7d0 (MD5) Previous issue date: 2017-11-10 / 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 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