A aplicabilidade e usos de propagadores de glúon modificados na Cromodinâmica Quântica (QCD) em diferentes espécies de processos é analisada. Os propagadores modificados de glúon são obtidos por diversos métodos, em especial, as equações de Dyson-Schwinger e simulações numéricas em teoria de campos na rede. Os processos em que estes propagadores são empregados em QCD podem ser divididos em duas classes: os difrativos e os perturbativos. Nos primeiros, a troca do pomeron é relevante e as propriedades infravermelhas da teoria são importantes, como no espalhamento elástico próton-próton e na produção de mésons vetoriais massivos. Os processos perturbativos, como o decaimento de mésons massivos e fatores de forma de mésons, aparentemente não permitem o uso de um propagador modificado, entretanto, o uso destes permite uma melhor descrição dos dados experimentais, assim como no caso dos processos difrativos.

A representação de Fock-Tani é um formalismo de teoria de campos para tratar problemas envolvendo simultaneamente partículas compostas e seus constituintes. O formalismo foi originalmente desenvolvido para tratar problemas de física atômica e mais tarde estendido para problemas da física hadrônica. Nesta dissertação, inicialmente apresentamos uma revisão da Cromo dinâmica Quântica e dos modelos de quarks e de glúons constituintes. Revisamos também a representação de Fock-Tani para mésons e buscamos estendê-Ia para estados exóticos, mais precisamente para glueballs. Neste formalismo uma mudança de representação é implementada através de um operador unitário, tal que estados de glueballs no espaço de Fock, compostos por um par glúon-glúon, sejam descritos em termos de operadores de campo de glueballs elementares em um espaço de Hilbert estendido. A aplicação do operador unitário a um Hamiltoniano microscópico de gluons leva a um Hamiltoniano efetivo que descreve todos os possíveis processos envolvendo glúons e glueballs. Esse Hamiltoniano efetivo é utilizado para estudar as interações entre glueballs à baixa energia em um modelo de glúons constituintes, que interagem através da troca de um glúon virtual e são confinados por um potencial fenomenológico O méson J?C = 0++ pode ser descrito de duas formas completamente diferentes. Na primeira forma ele é descrito da maneira usual como sendo composto por um par qq. Na segunda abordagem este mesmo méson é descrito como sendo constituido por dois glúons (glueball). Também estudamos nesta dissertação o méson 2++ no mesmo contexto. Os resultados obtidos nesta dissertação indicam que o méson qq precisaria ter um raio quase igual ao dobro do respectivo raio do glueball para que suas seções de choque de espalhamento elástico fossem equivalentes. As diferenças acentuadas encontradas nas seções de choque de espalhamento elástico méson-méson e glueball-glueball, podem ser interpretadas como uma nova assinatura de glueballs.

Investigamos os efeitos desempenhados pelas flutuações no número de glúons sobre a evolução dos hádrons em altas energias, sob o referencial de dipolos de cor. Entendemos por flutuações o seu significado estatístico, ou seja, desvios em torno da média. A evolução na presença destes efeitos se torna estocástica, fazendo com que diferentes realizações de uma dada evolução resultem em diferentes realizações do alvo a ser estudado. Desta forma, são originadas diferentes amplitudes - as chamadas amplitudes evento-por-evento - para um mesmo valor da variável de evolução. As distribuições destas amplitudes apresentam uma relação de dispersão, relacionada ao coeficiente de difusão que define a existência das flutuações. O regime de altas energias significa que o número de partículas no interior dos hádrons é suficientemente grande e, portanto, efeitos de saturação tornam-se necessários na descrição dos processos. A união dos efeitos de saturação e flutuações é que torna a evolução estocástica - originando as chamadas equações de evolução de laços de pomerons. As flutuações influem fortemente no comportamento diluído da evolução, e poderíamos esperar que na região de altas densidades partônicas (região de saturação), tais efeitos não sejam importantes. Entretanto, mesmo nesta região, as amplitudes de espalhamento devem apresentar uma cauda diluta, onde as flutuações desempenhariam importante papel. Assim, ao menos teoricamente, a evolução em altas energias deve considerar efeitos de flutuações no número de partículas. O processo de interesse neste trabalho é o espalhamento y*p,que é descrito no referencial de dipolos de cor pelo espalhamento dipolo-próton. Para descrever tal processo, utilizamos o modelo AGBS para a seção de choque de dipolos, o qual interpola analiticamente as soluções assintóticas da equação de evolução de Balitsky e Kovchegov (BK) no espaço de momentum. Estendemos tal modelo incluindo os efeitos de flutuações e então o usamos para descrever a função de estrutura do próton, a qual foi ajustada globalmente aos dados do colisor Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) para esta quantidade. Como resultado, obtemos que, através do modelo AGBS, os efeitos de flutuações não estão presentes na evolução, pelo menos nas energias atingidas em HERA. Assim, pode-se concluir que uma descrição de campo médio, baseada somente nas soluções da equação BK, é suficiente para a descrição dos dados nestas energias. Entretanto, para energias maiores, como as que serão alcançadas no Large Hadron Collider (LHC), os efeitos de flutuações podem ser importantes na descrição dos processos. / We investigate the effects of the fiuctuations in the gluon number in the high energy hadron evolution, using the color dipole frame. We understand by fiuctuations its statistical meaning, i.e., deviations around the mean value. In the presence of these effects, the evolution becomes stochastic, so that different realizations of the evolution result in different realizations of the target under investigation. In this way, for a given value of the evolution variable, different amplitudes are created - the so called event-by-event amplitudes. The distributions of these amplitudes present a dispersion, related to the dispersion coefficient which defines the existence of the fiuctuations. The high energy regime means that the number of particles inside the hadron is sufficiently large, so that the saturation effects become necessary. in the description of the processes. Together, saturation and fiuctuation effects make the evolution a stochastic process- giving rise to the so called pomeron loop evolution equations. The fiuctuations have a strong infiuence on the behavior in the dilute regime of the evolution and we could expect that in the high density region (saturation region), these effects are not important. However, even in such region, the scattering amplitudes have a dilute tail, where the fiuctuations play an important role. Therefore, at least theoretically, the high energy evolution equations have to consider the fiuctuations effects. In this work, the process of interest is the y*p scattering, which is described in the color dipole frame by the dipole-proton scattering. To describe this process, we use the AGBS model for the dipole cross section, which analytically interpolates between the asymptotic solutions of the Balitsky-Kovchegov (BK) evolution equation in momentum space. We extend this model by including the fiuctuations effects and we use them to describe the F2 proton structure function, which was globally fitted to the Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) data for this quantity. As a result, we obtain that, through the AGBS model, the fiuctuation effects are not present in the evolution in the energies reached at HERA. Then it can be concluded that a mean field description, based on the solutions of the BK equation only, is sufficient to describe the data at these energies. However, for large energies, like those will be attained at the Large Hadron Collider (LHC), the fiuctuations effects can be important in the description of the processes.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-03-30Bitstream added on 2014-06-13T19:32:39Z : No. of bitstreams: 1 machado_fa_me_ift.pdf: 655529 bytes, checksum: 09aa0eb55f5a6e66c8c52d66ea1e85e7 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / 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 / 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

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:34:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-06-11. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:47:23Z : No. of bitstreams: 1 000809991.pdf: 663835 bytes, checksum: 99dfc3fa4c492e16d50e3e8a8ae1cf08 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The rainbow-ladder approximation is a simple nonperturbative truncation scheme for nonperturbative calculations in Quantum Chromodynamics (QCD). It provides satisfactory results for the ground-states of light pseudoscalar and vector mesons, but for excited and exotic states, as well as for heavy-light mesons, this truncation provides less accurate results. In the present dissertation we have proposed a novel approach to go beyond the rainbow-ladder truncation, which we name dressed perturbation theory. The guiding principle of the approach is to modify the quadratic part of the QCD action by the addition of self-energy terms for the quarks and gluons, and perform perturbative calculations with the interaction action subtracted by the same self-energies. Instead of noninteracting propagators of traditional perturbative QCD calculations, the novel perturbative scheme is performed with dressed propagators. The self-energies used in the dressed propagators can be taken from the ladder approximation, or from lattice QCD simulations. Our main concern in the dissertation is the application of the formalism to the the quark propagator. The lowest nontrivial order corrections are two-loop vertex corrections. Numerical results are obtained for quark mass function and pion properties in the chiral limit for a simple ansatz for the gluon self-energy

Investigamos os efeitos desempenhados pelas flutuações no número de glúons sobre a evolução dos hádrons em altas energias, sob o referencial de dipolos de cor. Entendemos por flutuações o seu significado estatístico, ou seja, desvios em torno da média. A evolução na presença destes efeitos se torna estocástica, fazendo com que diferentes realizações de uma dada evolução resultem em diferentes realizações do alvo a ser estudado. Desta forma, são originadas diferentes amplitudes - as chamadas amplitudes evento-por-evento - para um mesmo valor da variável de evolução. As distribuições destas amplitudes apresentam uma relação de dispersão, relacionada ao coeficiente de difusão que define a existência das flutuações. O regime de altas energias significa que o número de partículas no interior dos hádrons é suficientemente grande e, portanto, efeitos de saturação tornam-se necessários na descrição dos processos. A união dos efeitos de saturação e flutuações é que torna a evolução estocástica - originando as chamadas equações de evolução de laços de pomerons. As flutuações influem fortemente no comportamento diluído da evolução, e poderíamos esperar que na região de altas densidades partônicas (região de saturação), tais efeitos não sejam importantes. Entretanto, mesmo nesta região, as amplitudes de espalhamento devem apresentar uma cauda diluta, onde as flutuações desempenhariam importante papel. Assim, ao menos teoricamente, a evolução em altas energias deve considerar efeitos de flutuações no número de partículas. O processo de interesse neste trabalho é o espalhamento y*p,que é descrito no referencial de dipolos de cor pelo espalhamento dipolo-próton. Para descrever tal processo, utilizamos o modelo AGBS para a seção de choque de dipolos, o qual interpola analiticamente as soluções assintóticas da equação de evolução de Balitsky e Kovchegov (BK) no espaço de momentum. Estendemos tal modelo incluindo os efeitos de flutuações e então o usamos para descrever a função de estrutura do próton, a qual foi ajustada globalmente aos dados do colisor Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) para esta quantidade. Como resultado, obtemos que, através do modelo AGBS, os efeitos de flutuações não estão presentes na evolução, pelo menos nas energias atingidas em HERA. Assim, pode-se concluir que uma descrição de campo médio, baseada somente nas soluções da equação BK, é suficiente para a descrição dos dados nestas energias. Entretanto, para energias maiores, como as que serão alcançadas no Large Hadron Collider (LHC), os efeitos de flutuações podem ser importantes na descrição dos processos. / We investigate the effects of the fiuctuations in the gluon number in the high energy hadron evolution, using the color dipole frame. We understand by fiuctuations its statistical meaning, i.e., deviations around the mean value. In the presence of these effects, the evolution becomes stochastic, so that different realizations of the evolution result in different realizations of the target under investigation. In this way, for a given value of the evolution variable, different amplitudes are created - the so called event-by-event amplitudes. The distributions of these amplitudes present a dispersion, related to the dispersion coefficient which defines the existence of the fiuctuations. The high energy regime means that the number of particles inside the hadron is sufficiently large, so that the saturation effects become necessary. in the description of the processes. Together, saturation and fiuctuation effects make the evolution a stochastic process- giving rise to the so called pomeron loop evolution equations. The fiuctuations have a strong infiuence on the behavior in the dilute regime of the evolution and we could expect that in the high density region (saturation region), these effects are not important. However, even in such region, the scattering amplitudes have a dilute tail, where the fiuctuations play an important role. Therefore, at least theoretically, the high energy evolution equations have to consider the fiuctuations effects. In this work, the process of interest is the y*p scattering, which is described in the color dipole frame by the dipole-proton scattering. To describe this process, we use the AGBS model for the dipole cross section, which analytically interpolates between the asymptotic solutions of the Balitsky-Kovchegov (BK) evolution equation in momentum space. We extend this model by including the fiuctuations effects and we use them to describe the F2 proton structure function, which was globally fitted to the Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) data for this quantity. As a result, we obtain that, through the AGBS model, the fiuctuation effects are not present in the evolution in the energies reached at HERA. Then it can be concluded that a mean field description, based on the solutions of the BK equation only, is sufficient to describe the data at these energies. However, for large energies, like those will be attained at the Large Hadron Collider (LHC), the fiuctuations effects can be important in the description of the processes.

A aplicabilidade e usos de propagadores de glúon modificados na Cromodinâmica Quântica (QCD) em diferentes espécies de processos é analisada. Os propagadores modificados de glúon são obtidos por diversos métodos, em especial, as equações de Dyson-Schwinger e simulações numéricas em teoria de campos na rede. Os processos em que estes propagadores são empregados em QCD podem ser divididos em duas classes: os difrativos e os perturbativos. Nos primeiros, a troca do pomeron é relevante e as propriedades infravermelhas da teoria são importantes, como no espalhamento elástico próton-próton e na produção de mésons vetoriais massivos. Os processos perturbativos, como o decaimento de mésons massivos e fatores de forma de mésons, aparentemente não permitem o uso de um propagador modificado, entretanto, o uso destes permite uma melhor descrição dos dados experimentais, assim como no caso dos processos difrativos.

A representação de Fock-Tani é um formalismo de teoria de campos para tratar problemas envolvendo simultaneamente partículas compostas e seus constituintes. O formalismo foi originalmente desenvolvido para tratar problemas de física atômica e mais tarde estendido para problemas da física hadrônica. Nesta dissertação, inicialmente apresentamos uma revisão da Cromo dinâmica Quântica e dos modelos de quarks e de glúons constituintes. Revisamos também a representação de Fock-Tani para mésons e buscamos estendê-Ia para estados exóticos, mais precisamente para glueballs. Neste formalismo uma mudança de representação é implementada através de um operador unitário, tal que estados de glueballs no espaço de Fock, compostos por um par glúon-glúon, sejam descritos em termos de operadores de campo de glueballs elementares em um espaço de Hilbert estendido. A aplicação do operador unitário a um Hamiltoniano microscópico de gluons leva a um Hamiltoniano efetivo que descreve todos os possíveis processos envolvendo glúons e glueballs. Esse Hamiltoniano efetivo é utilizado para estudar as interações entre glueballs à baixa energia em um modelo de glúons constituintes, que interagem através da troca de um glúon virtual e são confinados por um potencial fenomenológico O méson J?C = 0++ pode ser descrito de duas formas completamente diferentes. Na primeira forma ele é descrito da maneira usual como sendo composto por um par qq. Na segunda abordagem este mesmo méson é descrito como sendo constituido por dois glúons (glueball). Também estudamos nesta dissertação o méson 2++ no mesmo contexto. Os resultados obtidos nesta dissertação indicam que o méson qq precisaria ter um raio quase igual ao dobro do respectivo raio do glueball para que suas seções de choque de espalhamento elástico fossem equivalentes. As diferenças acentuadas encontradas nas seções de choque de espalhamento elástico méson-méson e glueball-glueball, podem ser interpretadas como uma nova assinatura de glueballs.

Orientador: Gastão Inácio Krein / Banca: Arlene Cristina Aguilar / Banca: Bruno El-Bennich / Resumo:A aproximação "rainbow-ladder" (arcoíris-escada) é um esquema de truncamento não-perturbativo simples para cálculos não-perturbativos na cromodinâmica quântica (QCD). Ela fornece resultados satisfatórios para os estados fundamentais de mésons pseudo-escalares e vetoriais, mas para estados excitados e estados exóticos, como também para mésons pesados-leves, este esquema de truncamento fornece resultados menos precisos. Na presente dissertação propomos um novo método que vai além do truncamento "rainbow-ladder", que denominamos "dressed perturbation theory" (teoria de perturbação vestida). O princípio norteador do método é modificar a parte quadrática da ação da QCD pela adição de termos de autoenergia para os quarks e glúons e efetuar teoria de perturbação com a parte de interação da ação, subtraída das mesmas auto-energias. Ao invés de propagadores não-interagentes dos tradicionais cálculos de QCD perturbativa, o novo esquema perturbativo é implementado com propagadores vestidos. As auto-energias empregadas nos propagadores vestidos podem ser tomadas da aproximação "ladder", ou de simulações de QCD na rede. Nossa preocupação principal nesta dissertação é a aplicação do novo formalismo ao propagador dos quarks. As correções não-triviais de ordem mais baixa são correções de vértice. Resultados numéricos são obtidos para a função de massa dos quarks e propriedades do píon no limite quiral para um ansatz simples para a auto-energia do glúon / Abstract:The rainbow-ladder approximation is a simple nonperturbative truncation scheme for nonperturbative calculations in Quantum Chromodynamics (QCD). It provides satisfactory results for the ground-states of light pseudoscalar and vector mesons, but for excited and exotic states, as well as for heavy-light mesons, this truncation provides less accurate results. In the present dissertation we have proposed a novel approach to go beyond the rainbow-ladder truncation, which we name dressed perturbation theory. The guiding principle of the approach is to modify the quadratic part of the QCD action by the addition of self-energy terms for the quarks and gluons, and perform perturbative calculations with the interaction action subtracted by the same self-energies. Instead of noninteracting propagators of traditional perturbative QCD calculations, the novel perturbative scheme is performed with dressed propagators. The self-energies used in the dressed propagators can be taken from the ladder approximation, or from lattice QCD simulations. Our main concern in the dissertation is the application of the formalism to the the quark propagator. The lowest nontrivial order corrections are two-loop vertex corrections. Numerical results are obtained for quark mass function and pion properties in the chiral limit for a simple ansatz for the gluon self-energy / Mestre

Neste trabalho nós abordamos dois temas da QCD em altas energias. A distribuição nuclear de glúons e a saturação de pártons. As parametrizações da distribuição nuclear de glúons disponíveis atualmente na literatura são bastante diferentes entre si, o que mostra que esta distribuição ainda é bastante incerta. Nós mostramos que é possível vincular a distribuição de glúons no núcleo em altas energias a observáveis nucleares inclusivos, o que facilitará a distinção entre as diferentes parametrizações quando surgirem novos dados experimentais destes observáveis. O segundo tema abordado, a saturação de pártons, é uma questão muito importante atualmente, e a existência ou não deste fenômeno poderá ser definitivamente confirmada no LHC e no futuro eRHIC. No caso da saturação nós mostramos que os observáveis inclusivos não serão úteis para indicar se ocorre ou não a saturação de pártons em altas energias. Nossa conclusão foi a de que para os efeitos da saturação, ao invés destes observáveis devemos nos concentrar nos observáveis difrativos, que são muito mais sensíveis a dipolos de grande tamanho e corresponderão a uma fração significativa dos eventos observados. / In this work we considered two subjects of QCD at high energies. The nuclear gluon distributions and the parton saturation. The currently available parametrizations of nuclear gluon distribution in the literature are very different among themselves. We show that it is possible to relate the gluon distribution in a nucleus at high energies to nuclear inclusive observables. This will allow us to distinguish between the different parametrizations when new experimental data become available. The second subject considered, parton saturation, is currently very important, and the existence or not of this phenomenon will be confirmed at the LHC and at the future eRHIC. In the case of saturation we show that inclusive observables are not very useful to indicate if parton saturation occurs at high energies. Our conclusion was that to detect saturation effects, instead of these observables we must focus on the diffractive observables, which are much more sensitive to big dipoles and will correspond to a significant fraction of the observed events.