Estudamos as contribuições infravermelhas para as interações párton-párton considerando uma carga efetiva cujo comportamento infravermelho finito é vinculado a uma escala de massa dinâmica. Utilizando um modelo eiconal baseado na Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics, QCD) de maneira a conectar a dinâmica de pártons semiduros com o espalhamento hádron-hádron, obtemos previsões para as seções de choque total próton-próton (pp) e antipróton-próton (¯pp), σpp,¯pp tot , e a razão entre as partes real e imaginária da amplitude de espalhamento frontal, ρpp,¯pp. Discutimos os aspectos teóricos deste formalismo e consideramos as implicações fenomenológicas de uma classe de fatores de forma dependentes de energia no comportamento das amplitudes frontais em altas energias. Nossos resultados, obtidos usando um conjunto atualizado de funções de distribuição partônicas, são consistentes com os dados recentes do experimento TOTEM. / We study infrared contributions to semihard parton-parton interactions by considering an effective charge whose finite infrared behavior is constrained by a dynamical mass scale. Using an eikonal QCD-based model in order to connect this semihard parton-level dynamics to the hadron-hadron scattering, we obtain predictions for the proton-proton (pp) and antiproton-proton (¯pp) total cross sections, σpp,¯pp tot , and the ratios of the real to imaginary part of the forward scattering amplitude, ρpp,¯pp. We discuss the theoretical aspects of this formalism and consider the phenomenological implications of a class of energy-dependent form factors in the high-energy behavior of the forward amplitude. Our results, obtained using a group of updated sets of parton distribution functions, are consistent with the recent data from the TOTEM experiment.

Usando teoria de perturbação, fizemos uma análise detalhada da divergência infravermelha em 4ª ordem do processo de aniquilação do par elétron-pósitron. Mostramos que o teorema de Bloch-Nordsieck garante o cancelamento destas divergências em QED. Em seguida, consideramos um processo em QCD com duas partículas coloridas no estado inicial, somando sobre as cores destas duas partículas. O processo escolhido foi o de aniquilação do par quark-anti-quark. O processo em 4ª ordem de perturbação e mostramos neste caso que o Teorema de Block-Nordsieck não se verifica. Este resultado é consequência do fato desta teoria ter um caráter não-abeliano. O não-cancelamento das divergências infravermelhas significa que a natureza do estado ligado é fundamental para o uso consistente da teoria de perturbação na QCD. / Using pertubation theory, we made a detailed analysis of the infrared divergencies to the 4th order for the phocess of annihilation of the pair electron-positron. We showed that the Bloch-Nordsieck theorem guarantees the cancellation of these divergencies in QED. Then we considered a process in QED involving two coloured particles in the initial state, summing over the colours of these particles. The process chosen was the annihilation of the pair quark-anti-quark. We calculated the process to the 4ª order in perturbation theory, and showed that in this case the Bloch-Nordsieck theorem in not verified. This result is a consequence of the fact that this theory has a non-abelian caracter. The non-cancellation of the infrared divergencies signifies that the nature of the bound-state is fundamental for the consistent use of perturbation theory in QCD.

Quando os núcleons ligados num núcleo se sobrepõem, a sua estrutura interna influencia as propriedades nucleares. Em especial, a estatística dos quanta elementares que constituem o núcleon se torna relevante. No intuito de investigar estes efeitos no contexto dos modelos de sóliton, considera-se sistemas simples unidimensionais. No modelo de sine-Gordon, o operador de Mandelstam, que cria sólitons topológicos p ~.mtuais, é modificado de maneira a levar em conta a estrutura do sóliton. O operador resultante cria férmions de carga topológica unitária e a sua aplicação sobre o vácuo de Fock produz um estado coerente no qual o campo médio é dado pela solução solitônica clássica. Pela aplicação sucessiva dos operadores, criando sólitons centrados em pontos diferentes, obtem-se um estado coerente no qual o valor esperado do campo é dado pela soma dos campos médios individuais. No estado de dois sólitons, a energia média de interação possui um comportamento de barreira de potencial, evidenciando a repulsão entre sólitons neste modelo. Consideramos também um modelo simplificado de sóliton não - topológico constituído de um único férmion confinado por um campo escalar bosônico. Tanto no modelo topológico como no não - topológico, a variação da norma de um estado de dois sóli tons com a distância entre seus centros revela a competição entre as estatísticas fermiônicas e bosônicas. Na região de separação pequena, o aspecto fermiônico prevalece fazendo a norma do estado se aproximar de zero. Na região de separação média a norma excede a unidade devido à superposição dos quanta bosônicos. / When the nucleons, bounded inside a nucleus, overlap, their internai structure affects the nuclear properties. In particular, the statistics of the elementary quanta that constitute the nucleon become relevant. In order to investigate such effects in the context of soliton models, we consider simple one-dimensional sistems. In the sine-Gordon model, the Mandelstam operator, which creates point-like topological solitons, is modifided in such a way as to account for the soliton structure. The resulting operator creates fermions with unitary topological charge and its application on the Fock vacuum produces a coherent state in which the mean field is given by the classical solitonic solution. By successive application of soliton creation operators, centered at different points, one obtains a coherent state in which the mean field is given by the sum of the individual mean fields. In the two-soliton state the mean interaction energy possesses a potential barrier behavior, displaying the repulsion between solitons in this model. Vve also consider a simplified non-topological soliton model, composed of one fermion confined in a scalar bosonic field. In the topological soliton modelas well as in the non-topological one, the variation of the norm of the two-soliton state, with the distance between their centers reveals a competition between the fermionic and bosonic statistics. In the small separation region the fermionic aspect prevails, making the norm go to zero. In the intermediate separation region, the norm exceeds unity due to the overlap of the bosonic quanta.

A produção exclusiva de mésons vetoriais bem como a produção direta de fótons têm sido estudadas recentemente em ambos aspectos, experimental e teoricamente. Neste trabalho, investigamos a fotoprodução exclusiva de mésons vetoriais e os processos de radiação de fótons reais em colisões próton-próton (pp), próton-núcleo (pA) e núcleo-núcleo (AA) nas energias do Large Hadron Collider (LHC), considerando a abordagem de dipolos de cor. As massas dos mésons pesados fornecem uma escala perturbativa para o problema, permitindo testar a Cromodinâmica Quântica (QCD) perturbativa. Por outro lado, os mésons leves não têm uma escala perturbativa associada ao processo e, portanto, possibilitam testar o regime não perturbativo da QCD. A transição entre o tratamento duro perturbativo e o regime suave pode ser abordada através dos modelos de saturação partônica dentro do formalismo de dipolos de cor. Além disso, tratamos da produção de fótons diretos, onde estimamos a correspondente seção de choque em colisões pp e pA no LHC. Os fótons diretos são uma importante prova da dinâmica da QCD, sondando a região de pequenas distâncias e, consequentemente, oferecendo acesso a estrutura hadrônica do próton. Para ambas reações tratadas nesta tese, o objetivo central é analisar as incertezas teóricas referentes aos respectivos modelos físicos na descrição dos observáveis em colisões hadrônicas no regime de altas energias. / The exclusive production of vector mesons as well the prompt photon production have been studied recently, both experimentally and theoretically. In this work, we investigated the exclusive photoproduction of vector mesons and the real photon radiation processes in proton-proton (pp), proton-nucleus (pA) and nucleus-nucleus (AA) collisions at the Large Hadron Collider (LHC) energies, considering the color dipole approach. The masses of heavy mesons provide a perturbative scale for the problem allowing to test the perturbative Quantum Chromodynamics (QCD). On the other hand, the light mesons do not have a perturbative scale associated to the process, so they allow to test the non-perturbative regime of QCD. The transition between the hard perturbative and the soft regimes can be addressed by the parton saturation models within the color dipole formalism. In addition, we investigated the direct photon production, where we estimate the corresponding cross section in pp and pA collisions at the LHC. The prompt photon are an important probe of QCD dynamics, scanning the small distances region and, consequently, providing access to the hadronic structure of the proton. For both reactions treated in this thesis, the main objective is to analyze the theoretical uncertainties related to the phenomenological models in the description of observables in hadronics collisions at high energy regime.

Orientador: Adriano A. Natale / Banca: Silvio Paolo Sorella / Banca: Arlene Cristina Aguilar / Resumo: O presente trabalho diz respeito ao vértice ghost-gluon da Cromodinâmica Quântica, o qual, de acordo com a identidade de Taylor, não possui correções perturbativas no calibre de Landau para uma determinada configuração de momentos. Estudamos este vértice numa configuração para a qual não há provas de um tal resultado, que é para o momento do gluon igual a zero. Para tanto, adotamos a abordagem da "Teoria Dinâmica de Perturbação", que consiste em inserir características não perturbativas da teoria em sua expansão perturbativa. Trata-se de uma tentativa de caráter fenomenológico apenas, que objetiva explorar propriedades da teoria no domínio infravermelho por meio de cálculos de loop. Utilizamos duas informações não perturbativas: Primeiramente, uma massa finita do gluon, visto que há consideráveis indicações de que ele apresente uma massa, embora esta seja o que se chama de dinâmica - ela, inerentemente, varia de um valor finito no infravermelho para zero no ultravioleta. Em segundo, um resultado recente acerca da carga efetiva da Cromodinâmica Quântica, na qual é considerada uma massa dinâmica do gluon. Calculamos então a correção, a 1 loop, do vértice ghost-gluon, com o fim de verificar o quão próxima a função de renormalização (~Z1) desse vértice é de 1. O resultado obtido foi positivo neste sentido: ~Z1 difere pouco de 1, como mostrado no Cap. 5. O resultado, ainda, é melhor ajustado aos dados da rede quando consideramos a referida carga efetiva, do que quando usamos a constante de acoplamento como um parâmetro de ajuste. Portanto, nossa abordagem um tanto fenomenológica, baseada numa massa dinâmica do gluon, é ao menos consistente e dá suporte à aproximação ~Z1 1, comumente efetuada no estudo das equações de Schwinger-Dyson da Cromodinâmica Quântica / Abstract: The present work concerns the ghost-gluon vertex of Quantum Chromodynamics, which, according to the Taylor identity, has no perturbative corrections to any order, in the Landau gauge and for a specific momentum configuration. We study this vertex for a momentum configuration for which there is no proof of such a result, which is the one with a zero gluon momentum. The framework we adopt for it is the "Dynamical Perturbation Theory" approach, which consists of inserting some nonperturbative information of the theory into its perturbative expansion. It is a phenomenological attempt only, intended to probe infrared properties of the theory by means of loop calculations. We have made use of two nonperturbative informations: First, a finite gluon mass, since there are even more indications that the gluon presents a mass, though it is a dynamical one - it intrinsically changes from finite in the infrared, to zero in the ultraviolet. Second, a recent result on the effective charge of Quantum Chromodynamics, which itself considers a dynamical gluon mass. We calculate the 1-loop correction to the ghost-gluon vertex, aiming at verifying how close to 1 the ghost-gluon vertex renormalization function (~Z1) is. The result obtained was positive in this direction: ~Z1 does not differ much from unity, as shown in Chap.5. Moreover, our result ts better the lattice data when we consider the mentioned effective charge, than when we set the coupling constant as a t parameter. Therefore, our somewhat phenomenological approach based on a dynamical gluon mass is, at least, consistent, and supports the approximation ~Z1 1, usually performed in the study of the Schwinger-Dyson equations of Quantum Chromodynamics / Mestre

Numa colisão hadrônica em altas energias, a densidade de quarks e glúons dentro do hádron cresce rapidamente, o que leva também ao crescimento das seções de choque. Esse comportamento, previsto pela Cromodinâmica Quântica (QCD), foi revelado experimentalmente pela primeira vez através das medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) elétron-próton, o processo mais simples que descreve as propriedades da QCD no regime de altas energias. No formalismo de dipolos, as seções de choque do DIS podem ser expressas em termos da amplitude de espalhamento dipolo-próton, cuja evolução com a energia é descrita pela QCD perturbativa por meio de equações de evolução não-lineares. A mais simples dessas equações é a equação de Balitsky-Kovchegov (BK), que consiste em uma aproximação de campo médio das equações de Balitsky-JIMWLK e cujas principais propriedades são extraídas no espaço de momentum. A partir dessas propriedades, desenvolvemos o modelo AGBS para a amplitude de espalhamento dipolo-próton no espaço de momentum. Esse modelo fenomenológico é utilizado para descrever medidas do espalhamento profundamente inelástico (DIS) da função de estrutura do próton F2. A descrição dos dados mais recentes do DIS é realizada através do procedimento de ajuste e inclui a contribuição de quarks pesados. Uma análise similar, usando o mesmo modelo e o mesmo conjunto de dados de F2, inclui o efeito das flutuações no número de glúons, cuja importância foi descoberta apenas recentemente. Devido à complexidade das equações da QCD para as amplitudes, alguns modelos simples de partículas têm sido desenvolvidos com o objetivo de compreender melhor a evolução e o espalhamento na QCD em altas energias. Na segunda parte da tese, desenvolvemos um desses modelos, um modelo estocástico (1+1)-dimensional, que reproduz a evolução e espalhamento na QCD em altas energias, no caso com parâmetro de impaco fixo. Uma das dimensões corresponde à rapidez, enquanto a outra corresponde ao logaritmo do inverso do tamanho transversal de um dipolo. O modelo exibe um mecanismo de saturação similar à saturação gluônica na QCD, assim como todas as características qualitativas esperadas na QCD, tanto em relação aos aspectos de campo médio como aos efeitos de flutuações com parâmetro de acoplamento fixo. O modelo se encontra na classe de universalidade do processo de reação-difusão, como também esperado para a QCD. As equações de evolução para as amplitudes geradas por este modelo aparecem como uma extensão natural das equações Balitsky-JIMWLK da QCD, nas quais o alvo e o projétil são tratados simetricamente. / In a high energy hadron collision the density of quarks and gluons inside the hadron grows fast , which leads to the growth of the cross sections. This behaviour, predicted by Quantum Chromodynamics (QCD), was experimentally revealed for the first time through the measurements of electron-proton deep inelastic scattering (DIS), the simplest process which describes the properties of QCD in the high energy regime. Within the dipole picture, the DIS cross sections can be expressed in terms of the dipoleproton scattering amplitude, whose evolution with energy is described by perturbative QCD through nonlinear evolution equations. The simplest of them is the Balitsky-Kovchegov (BK) equation, which consists in a mean field approximation of the Balitsky-JIMWLK equations and whose main properties are extracted in momentum space. From these properties, we develop the AGBS model for the dipole-proton scattering amplitude in momentum space. This phenomenological model is used to describe measurements of deep inelastic scattering (DIS) of the F2 proton structure function. The description of the most recent DIS data is done by the fitting procedure and includes heavy quark contribution. A similar analysis, using the same model and the same data set, includes the effect of the gluon number fluctuations, whose importance has been only recently discovered. Because of the complexity of the QCD equations for the amplitudes, some simple particle models have been developed aiming to better understand the evolution and scattering in QCD at high energies. In the second part of the thesis, we develop one of these models, a (1+1)-dimensional stochastic model, which reproduces the QCD evolution and scattering at high energies at fixed impact parameter. One of the dimensions corresponds to rapidity, while the another corresponds to the logarithm of the inverse of the size of a dipole. The model exhibits a saturation mechanism similar to the gluon saturation in QCD, as well as all the qualitative features expected in QCD, concerning both mean field aspects and the effects of fluctuations at fixed coupling. The model appears to be in the universality class of the reaction-diffusion process, as also expected for QCD. The evolution equations for the amplitudes generated by the model appear a natural extension of the QCD Balitsky- JIMWLK equations, in which the target and the projectile are symmetrically treated.

Neste trabalho é estudada a produção exclusiva de partículas em processos de espalhamento elétron-próton no chamado regime de saturação. Neste regime ocorre o fenômeno de escalamento geométrico: as seções de choque são funções apenas de uma combinação adimensional das variáveis cinemáticas relevantes, tanto no caso inclusivo e difrativo como na produção de mésons vetoriais. Em particular, a variável de escalamento é dada genericamente por t = Q²=Q²s , onde Q² é a virtualidade do fóton e Qs é a escala de saturação. Através da aproximação eiconal e do modelo de dipolos é desenvolvido um modelo teórico para a seção de choque de espalhamento inelástico profundo (DIS, em inglês), de onde são obtidas expressões analíticas para a produção exclusiva de mésons vetoriais. Equações similares não foram encontradas na literatura até a data de conclusão deste trabalho. Os resultados são então comparados com os respectivos dados experimentais atuais. / In this work one studies the exclusive production of particles in scattering processes in the so called saturation region. Within this scheme the phenomenon of geometric scaling takes place: cross sections are functions only of a dimensionless combination of the relevant kinematic variables, which happens both in inclusive and di ractive cases, as in the production of vector mesons. In particular, the scaling variable is given in general by = Q²=Q²s , where Q² is the photon virtuality and Qs represents the saturation scale. Through the eikonal approximation and the dipole model picture, a theoretical model for Deep Inelastic Scattering (DIS) cross sections is developed, from which one obtains analytical expressions for the exclusive production of vector mesons. Similar expressions could not be found in the literature until the completion of this work. Results are then compared to the respective current experimental data.

No presente trabalho, investigamos algumas propriedades da qcd quando incorporadas aos modelos efetivos. Mostramos que muitas propriedades da materia densa quente ou fria podem ser melhor descritas a partir do modelo quiral SIGMA-OMEGA. Mostramos que, em contraste com o modelo renormalizado de walecka, as correcoes de vacuo sao cruciais para uma adequada descricao da materia nuclear densa. Estes resultados tambem sao confirmados a partir das previsoes feitas para estrelas de neutrons. Um possivel sinal da transicao de fase em colisoes de ions pesados relativisticos e tambem calculado pela observacao das taxas de decaimento do pion nos canais PI POT.-SETAMU POT. -+NU IND.MU e PI POT.-SETAVARRHO POT.-+SETAVARRHO POT.-+NU IND.VARRHO. Mostramos que as propriedades de confinamento e liberdade assintotica, incorporadas pelo modelo de sacola do mit, dao suporte para a especulacao da possivel existencia de estrelas hibridas / In this work we investigate some properties of QCD as incorporated in effective models. We show that several properties of cold or hot and dense nuclear matter can be well described in the context of the chiral - model. We show that, in contrast to the nom chiral Walecka model vacuum renormalization corrections are crucial to provide for an adequate description. This result is also confirmed in the description of neutron stars. A possible signature of chiral phase transition in RHI collisions is also pointed out in the observation of the ratio of pion decay in the two channels POT. POT. + IND. and POT. e POT. + IND. e. We also show that the properties of confinement and asymptotic freedom as incorpored by the Bag model give support to the speculation on the existence of hybrid stars.

Orientador: Ricardo D'Elia Matheus / Banca: Marina Nielsen / Banca: Raphael Moreira de Albuquerque / Resumo: O método de regras de soma na QCD é um método não-perturbativo em QCD que permite obter observáveis hadrônicos a partir de quantidades universais da QCD, como as massas dos quarks e condensados. Ao longo dos cálculos desse método é necessário introduzir parâmetros não físicos e no final da conta, procurar por regiões do espaço desses parâmetros onde não há dependência tão forte das quantidades físicas neles. Como isso nem sempre é possível, essa dependência se traduz em incerteza teórica. Espera-se que adicionando correções radiativas, ou seja mais informação física no cálculo, essa dependência em parâmetros arbitrários diminua. Para tal métodos modernos de resolução de integrais de Feynman são bem-vindos. O método das integrais mestras reduz o problema de calcular integrais de Feynman a uma combinação linear de uma base de integrais, que podem ser resolvidas por equações diferenciais acopladas. Apresentamos o cálculo para os termos relevantes da OPE da regra de soma do J/Ψ até dois loops utilizando integrais mestras e equações diferenciais para resolvê-las. / Abstract: The method of QCD Sum Rules is a non-perturbative method in QCD, which allows one to obtain hadronic observables from universal QCD quantities, like the masses of quarks and the condensates. In the calculations of this method, one has to introduce non-physical parameters and at the end of the computations, search for regions in the space of these parameters where there is little dependence of the physical quantities on them. Since this is not always possible, this dependence translates itself into theoretical uncertainty. One expects that by adding radiative corrections, that bring more physical information into the calculation, the dependence on the arbitrary parameters decreases. In order to do this, modern methods of solving Feynman integrals are welcome. The method of master integrals reduces the problem of calculating Feynman integrals to a linear combination of a basis of integrals, which can be solved, in turn, by means of coupled differential equations. We present the calculation of the relevant terms for the OPE for the J/Psi sum rule up to two loops using reduction to master integrals and differential equations to solve them / Mestre

Estudamos os efeitos de correções relativísticas a interação spin-spin no espalhamento núcleon no modelo de quarks. No nível dos hádrons utilizamos o Método do Grupo Ressonante (RGM) em segunda quantização para obter um potencial entre o méson e o barion em função de um potencial entre quarks constituintes. Para esse potencial no nível dos quarks utilizamos um potencial de troca de um gluóns onde os espinores do charm são truncados em segunda ordem em momento e os espinores dos quarks up e down sao truncados em quarta ordem obtendo assim um potencial tipo Fermi-Breit. O potencial entre os hádrons é então utilizado para calcular a seção de choque na aproximação de Born. Na ausência de dados experimentais, ajustamos nosso modelo e comparamos os resultados com os obtidos por Hilbert et al. (2007) [1]. / We study the effects of relativistic corrections to spin-spin interaction in the c-nucleon scattering in quark model. At hadron level we use the Ressonating Group Method (RGM) in second quanti- zation in order to obtain a potential between the meson and baryon as a funtion of the potential between constituent quarks. To obtain this potential at quark level we use a one gluon exchange potential in which the charm spinors are truncated at second order in momentum and the quarks up and down spinors are truncated at fourth order in momentum obtaining thus a Fermi-Breit-like potential. Then the potential between hadrons is used to calculate the scattering cross section in the Born approximation. In the absence of experimental data we adjust our model and compare our results with the ones obtained by Hilbert et al. (2007) [1].