Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A física de partículas vem atualmente estudando tópicos como o plasma de quarks e glúons (QGP), o bóson de Higgs e a matéria escura, que requerem experimentos de colisões entre partículas cada vez mais energéticas. Para isso, são necessários aceleradores capazes de gerar partículas projéteis a cada vez mais altas energias, o que pode levar a uma nova física. Quando novos dados surgem nos laboratórios, novos processos são necessários para explicar estes dados e algumas vezes a estrutura interna das partículas envolvidas é desconhecida. Nos modelos teóricos, usados para descrever estes processos de espalhamento, é comum introduzir o fator de forma. O fator de forma é simplesmente uma maneira de simular a sub-estrutura das partículas envolvidas nestes processos com função da energia ou momento. A obtenção dos atores de forma pode ser feita usando o método conhecido como Regras de Soma da QCD (RSQCD). Neste trabalho, será estudado o vértice D*Dp usando as RSQCD, de modo que seja possível obter os seus fatores de forma e sua constante de acoplamento. Para isso, foram estudados os casos em que o méson ρ e o méson D estão fora de suas camadas de massa. O vértice D*Dp é muito importante para entender melhor o ρπ Puzzle, onde o méson Ј/ψ decai ρπ em com um branching ratio maior do que o esperado (este é um processo suprimido pela regra de OZI). Estudando este processo com graus de liberdade mesnicos, é possível escapar da regra de OZI, uma vez que o processo Ј/ψ→ DD → ρπ não é suprimido por OZI. Ao se fazer isso, aparecerá, entre outros, o vértice D*Dp . Este é um vértice que também aparece em outros decaimentos, como por exemplo X(3872) →Ј/ψp e B→Ј/ψD. Ao final do desenvolvimento, os resultados obtidos neste trabalho para o vértice D*Dp foram comparados com outros encontrados na literatura, se mostrando compatíveis com estes outros trabalhos. / The particle physics have been studying topics like the Quark-Gluon Plasma (QGP), Higgs boson and dark matter, which require experiments in heavy-ion collisions. Therefore, accelerators capable of generate high energy particle beams are necessary and may generate new physics. When new data arise in the laboratories, new processes are necessary to explain this data and sometimes, the internal structure of the involved particles is unknow or are virtual. In the theoretical models, used to describe this scattering processes, is common to introduce the form factors. The form factor is a way to simulate the sub-structure of the involved particles as function of energy or momentum. The form factor can be obtained using a method called QCD Sum Rules (QCDSR). In this work, the vertex D*Dp will be studied using the QCDSR, in order to obtain its form factors and coupling constant.The D*Dp vertex is very important to understand the ρπ Puzzle, where the Ј/ψ meson decays in ρπ with a branching ratio bigger than expected (this is a suppressed process by the OZI Rule). Studying this process with hadronic degrees of freedom, its possible to escape of the OZI rule, once the Ј/ψ→ DD → ρπ is not suppressed by the OZI rule. In this process, the D*Dp vertex is necessary. There are other processes where this vertex is necessary: X(3872)→Ј/ψp and B→Ј/ψD for example. In this work, was only possible to obtain results from the ρ off-shell diagram. This results were compared with others obtained in the literature.

This thesis consists in a self-contained study of gauge/gravity dualities in the line of the Klebanov-Witten model. Here we explore first the known Maldacena duality that relates N=4 SYM theory in four dimensions to type IIB supergravity on AdS_5×S^5 in reasonable detail, after some necessary preliminaries on supersymmetric gauge theories, where we display in detail the supersymmetry algebra and representations for N 1 supersymmetry. There we also construct the so-called superfields that will be helpful to write invariant lagrangians for gauge theoriesmreadily, and then useful to construct the gauge theory side of the Klebanov-Witten model. In the original AdS/CFT correspondence and its phenomenologically interesting extensions, Dp-branes as solutions of supergravity and nonperturbative objects in string theory where gauge theory lives are crucial. So, to preserve the self-contained nature of this work, we include a brief review of superstring theory addressed to understand the need to include this higher-dimensional objects by T-duality and, at low-energy limit of the string theory, as solutions of the Einstein equations. The first climax of this work occurs when we use all we learned to establish the Maldacena conjecture, N=4 SU(Nc) SYM theory we study in the supersymmetry chapter, living on the four-dimensional worldvolume of a stack of Nc D3-branes in a flat-space, corresponds exactly to type IIB supergravity on AdS_5×S^5 .In order to prove it, we match symmetries and operators with states in both sides. But actually this corresponds to the weak form of the correspondence, because it is not possible to handle neither string theory or gauge theory at strong coupling. The focus and main motive to have to learn the first hundred of pages here will be to extend the dual gauge theory we studied in AdS/CFT towards more realistic gauge theories as duals of some supergravity theory. The Klebanov-Witten model, consists in replacing the five-sphere in the gravity background of type IIB for a more interesting Einstein manifold X5 , a coset space called T^1,1 .The resulting dual gauge theory is expected to be less supersymmetric, and it is indeed N = 1 superconformal field theory with matter content in the bifundamental representation of the gauge group SU(N)×SU(N), and a quartic superpotential that exhibits SU(2)×SU(2)×U(1) global symmetry, which is precisely the symmetry of the coset space in the gravity side. This is not the end of the story, the Klebanov-Witten model extended the Maldacena correspondence and found as a dual gauge theory a less supersymmetric but still conformal theory. Breaking of the conformal theory, proposed by Klebanov, Nekrasov and Tseytlin, is achieved by introducing fractional M D3-branes in addition to the N regular D3-branes. The resulting theory is an SU(N+M)×SU(N) gauge theory with N = 1 supersymmetry, no longer conformal and then a little more interesting as a part of the crusade to find a QCD-like theory. This is still not the end, the last model suffers from a singularity in the deep IR, rendering the gravitational description invalid in that regime. It was conjectured that the strong dynamics of the gauge theory should somehow resolve this problem. Klebanov, again, and Strassler showed that this conjecture was correct, and argue that the RG flow is in fact an infinite series of Seiberg duality transformations- a cascade - in which the number of colors repeatedly drops from N NM , so the gaugegroup changes from SU(N+M)×SU(N) to SU(NM) ×SU(N). This process can be repeated until the IR limit where the gauge group simply becomes SU(M). So, at the end we get a N=1 SU(M) gauge theory, a QCD-like theory. We say that the standard model itself may lie at the base of a duality cascade. / Essa tese consiste num estudo autocontido das dualidades calibre/gravidade na linha do modelo do Klebanov-Witten. Aqui nos exploramos primeiro de um jeito razoavelmente detalhado,a conhecida dualidade do Maldacena que relaciona a teoria N=4 SYM em quatro dimensões com as supercordas tipo IIB no espaço AdS_5×S^5, depois de alguns preliminares necessários sobre teorias supersimétricas de calibre, onde nós mostramos em detalhe à algebra supersimétrica e as representações para N 1 supersimetria. Nós também construímos os conhecidos supercampos que são úteis para escrever lagrangianas invariantes para teorias de calibre facilmente, e então serão úteis para construir a teoría de calibre do modelo de Klebanov-Witten. Na correspondência AdS/CFT original e as suas extensões fenomenologicamente interessantes, as Dp-branas, como soluções de supergravidade e objetos não perturbativos na teoria de cordas onde as teorias de calibre moram, são essenciais. Assim ,a fim de preservar a natureza autocontida desse trabalho, nós incluímos uma breve revisão sobre teoria de supercordas dirigida a entender a necessidade de incluir esses objetos extra-dimensionais usando dualidade-T e, no limite de baixa-energia da teoria de cordas, como soluções das equações de Einstein. O primeiro clímax desse trabalho ocorre quando nós usamos tudo o que aprendemos para estabelecer a conjectura do Maldacena, a teoria de calibre N=4 SYM que nós estudamos no capítulo de supersimetria, morando no volume de mundo quadridimensional de uma pilha de Nc D3-branas (sim, o subscrito c significa cor!) em espaço plano, corresponde exatamente à teoria de supergravidade tipo IIB no espaço AdS_5×S^5 . A fim de testar ela, nós identificamos simetrias e operadores com estados em ambos lados da dualidade. Mas na verdade isto corresponde à forma fraca da correspondência, porque não é possível lidar nem com a teoria de cordas nem com a teoria de calibre no limite de acoplamento forte. O foco e motivo principal de porque nós temos que aprender as primeiras cem páginas aqui, será estender a teoria de calibre dual que estudamos em AdS/CFT, para teorias de calibre mais realisticas como duais de alguma teoria de supergravidade. O modelo do Klebanov-Witten, consiste em substituir a esfera de cinco dimensões no fundo de supergravidade da teoria de supercordas tipo IIB por um espaço que é mais interessante X5, um espaço coset chamado T^1,1. Nós esperamos que a teoria de calibre dual que resulta é menos supersimetrica, e na verdade é N =1 superconforme com um conteúdo de matéria na representação bifundamental do grupo de calibre SU(N)×SU(N), e um superpotencial quártico que tem simetria global SU(2)×SU(2)×U(1), que é precisamente a simetria do espaço coset no lado da gravidade. Mas isso não é tudo, o modelo do Klebanov-Witten estendeu a correspondência do Maldacena e encontrou como teoria dual uma teoria menos supersimetrica mas ainda conforme. A quebra da simetria conforme, proposta pelo Klebanov, Nekrasov e Tseytlin, é obtida introduzindo M D3-branas fracionais além das N D3-branas regulares. A teoria resultante é uma teoria de calibre SU(N+M)×SU(N) com N = 1 supersimetria, não mais conforme e então um pouco mais interessante como parte da nossa cruzada para encontrar uma teoria tipo-QCD. Isso ainda não é o final, o modelo anterior sofre de uma singularidade no IR profundo, tornando inválido a descrição gravitacional. Foi conjeturado então que a dinâmica do acoplamento forte na teoria de gauge deveria de algum jeito resolver esse problema. Klebanov, de novo, e Strassler mostraram que essa conjetura foi correta, e argumentaram que o fluxo do GR é de fato uma serie infinita de transformações de dualidade de Seiberg - uma cascata - onde o numero de cores cai repetidamente de NNM, e o grupo de calibre muda de SU(N+M)×SU(N) a SU(NM)×SU(N). O processo pode ser repetido até o limite IV onde o grupo de calibre simplesmente torna-se SU(M). Então, no final nós obtemos uma N = 1 teoria de calibre SU (M ), ou seja uma teoria tipo-QCD. Então, nós dissemos que o modelo padrão mesmo pode se situar na base da cascata de dualidade.

Em nossas simulações, efetuamos uma cuidadosa análise numérica dos algoritmos de Monte Carlos empregados na termalização de teorias de gauge e sistemas de spins contínuos. Dentre eles, apresentamos uma nova proposta que permite reduzir em cerca de 25% os tempos computacionais. Aplicamos este novo algoritmo ao estudo numérico da transição de desconfinamento da teoria de Yang-Mills (YM) SU(2) tridimensional, a temperatura finita, em redes com volumes de 502 X 4 sítios. Por fim, também utilizamos técnicas de Escala de tamanho finito (FSS), Dinâmica de Tempos Curtos e Métodos Variacionais para extrair os expoentes críticos e espectro de massas de blindagem desta teoria. / In our numerical simulations, we have done a careful analysis of Monte-Carlo algorithms usually applied in the thermalization of gauge theories and continuous-spin systems. Among them we present a new proposal that enables a reduction of roughly 25% in the computational time. We apply this new algorithm to a numerical study of the at finite temperature, using lattices with 502 x 4 sites. We also use Finite-Size-Scaling techniques, Short-Time Dynamics and Variational Methods to extract critical exponents and the spectrum of screening masses of the theory.

Nesta tese obtemos, de um ponto de vista matemáticamente rigoroso, a parte inferior do espectro de energia-momento de dois modelos de teorias quânticas de campo com tempo imaginário em redes de dimensão $d+1$ (resultados explícitos para o caso $d = 3$ e matrizes de Dirac) que contém férmions: um modelo puramente fermiônico com interação quártica nos campos fermiônicos de $N$ componentes (modelo de Quatro-Férmions) e um modelo de cromodinâmica quântica. Para o modelo de Quatro-Férmions, $\\kappa$ é o parâmetro de hopping, $M_0$ é a massa bare dos férmions e $\\lambda$ é o parâmetro de interação. Uma expansão de polímeros garante a existência das funções de correlação no limite termodinâmico, na região onde $|\\frac{\\kappa}|$ é pequeno. A análise do espectro é baseada em representações espectrais para funções de correlação de dois e quatro férmions. A análise das funções de correlação adequadas é simplificada pelo uso de simetrias, em particular, de uma {\\em nova} simetria de Reflexão Temporal que aparece no nível das funções de correlação. A determinação do espectro é executada através de um estudo detalhado das taxas de decaimento das funções de correlação. Até próximo ao limiar de três partículas, o espectro de energia e momento exibe curvas de dispersão isoladas que são identificadas com partículas e estados ligados de duas partículas. No subespaço de uma partícula, o espectro consiste em uma curva de dispersão isolada. A massa da partícula é de ordem $-\\ln \\kappa$. O espectro de duas partículas aparece como soluções de uma equação de Bethe-Salpeter, resolvida primeiro em uma aproximação em escada. O espectro de duas partículas contém uma banda de duas partículas livres de largura finita. A existência de estados ligados acima ou abaixo da banda de duas partículas depende do fato do modelo apresentar ou não dominação gaussiana. Um parâmetro $\\aleph$ é dado para medir a dominação gaussiana. Para $\\aleph=0$, nenhum estado ligado ocorre. Para $\\aleph>0$, o estado ligado ocorre abaixo da banda de duas partículas. Para $\\aleph<0$, o estado ligado aparecem acima desta banda. Os resultados obtidos nesta aproximação em escada podem ser estendidos para o modelo completo através de um controle rigoroso das contribuições que diferenciam essas duas situações. Em uma segunda parte, idéias análogas são aplicadas para analisar o espectro do modelo de cromodinâmica quântica. Em particular, nós mostramos a existência dos pentaquarks no regime de acoplamento forte (acoplamento entre as plaquetas $0 <\\beta= \\frac{g^2_0} \\ll \\kappa $). O modelo possui simetria de calibre $SU(3)_c$ e de sabor $SU(2)_f$. Os pentaquark revelados são superposições de estados ligados de mésons e bárions. Apenas estados com um número ímpar de férmions e abaixo do limiar de energia meson-bárion são considerados. O pentaquark é determinado usando uma aproximação em escada para uma equação Bethe-Salpeter. Na ordem dominante em $\\beta$, a massa deste estado é aproximadamente $-5 \\ln\\kappa$ e sua energia de ligação é de ordem $\\textrm(\\kappa^2)$. O estado mais fortemente ligado tem isospin $I=\\frac$. Para $I=\\frac$ não há estados ligados. Estes resultados mostram uma dependência nos spins dos méson e bárion. Esta análise mostra que um potencial de troca de quark-anti-quark de $\\textrm(\\kappa^2)$ é a interação dominante, mas não há uma interpretação de troca de mésons. / In this thesis, we obtain, from a mathematically rigorous point of view, the low-lying energy-momentum spectrum of two $3+1$ dimensional imaginary time lattice quantum filed theory with fermion fields (we give explicit results for the case $d = 3$ and Dirac matrices): a pure fermionic model with quartic interaction in the $N$-component fermion field and a quantum chromodynamics model. For the Four-Fermion model, $\\kappa$ denotes the hopping parameter, $M_0$ the fermion bare mass and $\\lambda$ the interaction parameter. A polymer expansion show the existence of the model correlation functions in the thermodynamic limit, in the region where $|\\frac{\\kappa}|$ is small enough. The analysis of the spectrum is based on spectral representations of two- and four- point correlation functions. The analysis of such adequate correlation functions is simplified by the help of symmetries, in particular, by a {\\em new} Time Reflection symmetry, which appear in the level of correlation functions. The exact determination of the spectrum is done using a detailed study of the decay rates of the correlations. Up to near the 3 particle threshold, the energy-momentum spectrum exhibits isolated dispersion curves that are identified as particles and bound states. In the one-particle subspace, the spectrum consist in just a isolated dispersion curve. The mass of the associated particle is of order $-\\ln \\kappa$. The two-particle spectrum shows up as solutions of a Bethe-Salpeter equation, which is solved first in a ladder approximation. The two-particle spectrum contains a two free particles band of finite width. The existence of bound states above or below the band depends on wherever the model Gaussian domination holds. A parameter $\\aleph$ is given to measure the Gaussian domination. For $\\aleph=0$, no bound state occurs. For $\\aleph>0$, a bound state appears bellow the two-particles band. For $\\aleph<0$, the bound state appears above this band. The result obtained in this ladder approximation can be extended to the full model by a rigorous control of the contributions that differ these two cases. In a second part, analog ideas are applied to analyze the spectrum of a quantum chromodynamics model. In particular, we show the existence of pentaquarks in the strong coupling regime (plaquette coupling $0 <\\beta= \\frac{g^2_0} \\ll \\kappa $). The model has a $SU(3)_c$ gauge symmetry and a $SU(2)_f$ flavor symmetry. The reveled pentaquarks are superpositions of meson-baryon bound states. Only states with an odd number of fermions and bellow the meson-baryon threshold are considered. The pentaquark are determined using a ladder approximation to the Bethe-Salpeter equation. In the dominant order in $\\beta$, the bound state mass is $\\approx -5 \\ln\\kappa$ and the binding energy is of order $\\textrm(\\kappa^2)$. The most strongly bounded bound state has isospin $I=\\frac$. For $I=\\frac$, there is no bound state. These results shows a dependence in the spins of the meson and baryon. This analysis show that a $\\textrm(\\kappa^2)$ quark-anti-quark exchange potential is the dominant interaction, although there is not a meson exchange interpretation.

Nesta tese de doutorado é utilizado o método das Regras de Soma da QCD para estudar a natureza dos novos estados ressonantes do charmonium: Y(3930), Y(4140), X(4350), Y(4260), Y(4360) e Y(4660). Há fortes evidências de que estes estados possuam estruturas hadrônicas não convencionais (ou exóticas) uma vez que as suas respectivas massas e canais de decaimento observados experimentalmente são inconsistentes com o que é esperado para o estado ressonante convencional do charmonium, J/psi. O mesmo fenômeno ocorre no setor do bottomonium, onde os novos estados Yb(10890) e Yb(11020) observados recentemente poderiam indicar a existência de novos estados exóticos do bottomonium. Neste sentido, verifica-se que o estado Y(4140) poderia ser descrito ou por uma estrutura molecular Ds*Ds* (0++) ou mesmo uma mistura entre estados moleculares Ds*Ds* (0++) e D*D* (0++). Já os estados Y(3930) e o X(4350) não podem ser descritos por correntes moleculares D*D* (0++) e Ds*Ds* (1-+), respectivamente. Verifica-se também que a estrutura molecular Psi(2S) f_0(980) (1--) descreve muito bem a massa do estado Y(4660). Uma extensão ao setor do bottomonium indica que o estado molecular Y(2S) f_0(980) é um bom candidato para descrever a estrutura do estado Yb(10890). É feita também uma estimativa para os possíveis estados moleculares formados por mésons D(*) e B(*), que poderão ser observados em futuros experimentos realizados pelo LHC. Um amplo estudo, utilizando o formalismo das Regras de Soma e também da Dupla Razão das Regras de Soma, é feito para calcular as massas dos bárions pesados na QCD. As estimativas para as massas dos bárions com um (Qqq) e com dois (QQq) quarks pesados são um excelente teste para a capacidade do método das regras de soma em prever a massa dos bárions que ainda não foram observados. / In this thesis, the QCD sum rules approach was used to study the nature of the new charmonium resonances: Y(3930), Y(4140), X(4350), Y(4260), Y(4360) and Y(4660). There is a strong evidence that these states have non-conventional (or exotic) hadronic structures since their respective masses and decay channels observed experimentally are inconsistent with what expected for a conventional charmonium state, J/psi. The same phenomenon occurs on the bottomonium sector, where new states like Yb(10890) and Yb(11020) observed recently could indicate the existence of new bottomonium exotic states. In this way, one verifies that the state Y(4140) could be described as a Ds*Ds* (0++) molecular state or even as a mixture of Ds*Ds* (0++) and D*D* (0++) molecular states. For the Y(3930) and X(4350) states, both cannot be described as a D*D* (0++) and Ds*Ds* (1-+), respectively. From a sum rule point of view, the Y(4660) state could be described as a Psi(2s) f_0(980) (1--) molecular state. The extension to the bottomonium sector is done in a straightforward way to demonstrate that the Y(2S) f_0(980) molecular state is a good candidate for describing the structure of the Yb(10890) state. In the following, one estimates the mass of the exotic Bc-like molecular states using QCD Sum Rules - these exotic states would correspond to bound states of D(*) and B(*) mesons. All of these mass predictions could (or not) be checked in a near future experiments at LHC. A large study using the Double Ratio of Sum Rules approach has been evaluated for the study of the heavy baryon masses in QCD. The obtained results for the unobserved heavy baryons, with one (Qqq) and two (QQq) heavy quarks will be an excellent test for the capability of the sum rule approach in predicting their masses.

La production de photons de grande impulsion transverse lors des collisions proton-proton (p-p), est décrite par la chromodynamique quantique perturbative (pQCD). Parmi ces photons, ceux issus directement d’un processus partonique énergétique (appelés photons directs) sont particulièrement intéressants car leur mesure permet de tester précisément les prédictions de la pQCD et offre la possibilité de mieux contraindre les fonctions de structure du proton. Ce travail de thèse a pour objectif l’étude et la mesure des photons directs produits dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE. Le calorimètre électromagnétique d’ALICE (EMCal), est utilisé pour réaliser cette mesure qui s’appuie notamment sur l’utilisation d’une procédure d’isolement permettant de réduire le bruit de fond provenant des autres modes de production (fragmentation, décroissance). Les aspects relatifs à la qualité des données dans EMCal, à l’identification des photons, mais aussi ceux liés à la correction du spectre ou encore à sa normalisation sont mis en avant. Finalement, la première section efficace de photons isolés mesurée dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE est présentée et comparée avec les prédictions théoriques avant d’être mise en regard avec les résultats issus des autres grandes expériences du LHC. / The high transverse momentum photon production inproton-proton collisions (p-p) is described by perturbativequantum chromodynamics (pQCD). Among thesephotons, those produced directly by an energetic partonicinteraction (called direct photons) are of great interestsince their measurement allows to test pQCDpredictions and it allows also the constraint of protonstructure functions. The work of this thesis aims atstudying and measuring direct photons produced in p-pcollisions at 7 TeV with the ALICE detector. The ALICEelectromagnetic calorimeter (EMCal) is used to achievethis measurement which is based on an isolation procedurethat allows to reduce background coming fromother photon production modes (fragmentation, decay).Multiple aspects like EMCal data quality, photon identificationas well as spectrum correction and its normalizationare highlighted. Finally, the first isolated promptphoton cross-section measured with ALICE detector ispresented, compared to theoretical predictions and tothe last results from other LHC experiments.

Orientador: Wei-Liang Qian / Resumo: Uma característica vital da cromodinâmica quântica (QCD) está relacionada à simetria quiral. Isso é particularmente intrigante devido ao papel crítico da simetria quiral não abeliana dos spinores de Lorentz na física teórica moderna. Muitos esforços teóricos foram dedicados à sua quebra espontânea no vácuo, bem como a restauração da mesma no ambiente extremamente quente ou denso. Além disso, quarks e glúons tornam-se os graus de liberdade relevantes por meio da transição de desconfinamento do estado dos hádrons. O significado desta última está intimamente ligado às implicações da equação de Callan-Symanzik e à teoria do grupo renormalizado. No entanto, em princípio, ambas as transições acima podem ser descritas pela QCD. Os estudos da QCD na rede demonstraram que a transição do sistema é um cruzamento suave com a densidade bariônica nula e a massa de quarks estranhos grandes. No potencial químico finito, por outro lado, uma variedade de modelos prevê a ocorrência de uma transição de fase de primeira ordem entre a fase hadrônica e o plasma de quarks e glúons (QGP). Esses resultados indicam que um ponto crítico (CEP) pode estar localizado em algum lugar no diagrama de fases da QCD no qual a linha de transições de fase de primeira ordem termina. Espera-se que a transição seja de segunda ordem neste caso. De fato, entre outros objetivos estabelecidos, o programa Beam Energy Scan (BES) em andamento no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) é impulsionado pela busca do CEP. Nesta t... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One vital characteristic of the quantum chromodynamics (QCD) is regarding the chiral symmetry. This is particularly intriguing owing to the critical role of non-abelian gauge symmetry of Lorentz spinors in modern theoretical physics. Many theoretical efforts have been devoted concerning its spontaneously breaking in the vacuum, as well as the restoration at the extremely hot or dense environment. Furthermore, quarks and gluons become the relevant degrees of freedom through the deconfinement transition from the hadron state of matter. The significance of the latter is closely connected to the implications of the Callan-Symanzik equation and the theory of the renormalized group. Nonetheless, in principle, both of the above transitions can be described by the QCD. Lattice QCD studies demonstrated that the transition of the system is a smooth crossover at vanishing baryon density and large strange quark mass. At finite chemical potential, on the other hand, a variety of models predict the occurrence of a first-order transition between the hadronic phase and quark-gluon plasma (QGP). These results indicate that a critical endpoint (CEP) might be located somewhere on the QCD phase diagram at which the line of first-order phase transitions terminates. The transition is expected to be of second-order at this point. As a matter of fact, among other established goals, the ongoing Beam Energy Scan (BES) program at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) is driven by the search for th... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Diese Arbeit befasst sich mit der Simulation von hochenergetischen Hadron-Kollisionsexperimenten, wie sie im Moment am Tevatron (Fermilab) durchgeführt werden und in naher Zukunft am Large Hadron Collider (LHC) am CERN zu erwarten sind. Für die Beschreibung dieser Experimente wird ein Algorithmus untersucht, der es ermöglicht, exakte Multijet-Matrixelemente auf Baumgraphenniveau in die Simulation einzubeziehen und so die Qualität der Vorhersage deutlich zu verbessern. Die Implementierung dieses Algorithmus in den Eventgenerator &amp;quot;SHERPA&amp;quot; und die Erweiterung des Parton Showers in diesem Programm ist das Hauptthema dieser Arbeit. Die Ergebnisse werden mit experimentellen Daten und mit anderen Simulationen verglichen. / This work deals with the accurate simulation of high energy hadron-hadron-collision experiments, as they are currently performed at Fermilab Tevatron or as they are expected at the Large Hadron Collider at CERN. For a precise description of these experiments an algorithm is investigated, which enables the inclusion of exact multi-jet matrix elements in the simulation. The implementation of this algorithm in the event generator &amp;quot;SHERPA&amp;quot; and the extension of its parton shower is the main topic of this work. The results are compared with those of other simulation programs and with experimental data.

La masse est une des propriétés les plus fondamentales de la matière. Comprendre son origine a longtemps été un sujet central en physique. D'après la physique nucléaire et la physique des particules modernes, la clef de ce problème réside dans la compréhension de l’origine de la masse du nucléon à partir de l’interaction forte. Avec le développement des technologies informatiques, la chromodynamique quantique sur réseau offre la possibilité de comprendre l’origine de la masse à partir des premiers principes. Cependant, dû aux ressources de calcul limitées, les masses obtenues à partir des calculs sur réseau doivent être extrapolées jusqu'au point physique. La théorie chirale des perturbations en tant que théorie effective des champs de QCD à basse énergie est une méthode indépendante de modèle permettant de comprendre l’interaction forte dans la région non perturbative et de guider les diverses extrapolations nécessaires pour passer du résultat lattice au résultat physique. Le but de cette thèse est donc d'utiliser la complémentarité entre QCD sur réseau et théorie chirale des perturbations afin d'étudier de façon systématique les masses des baryons. Nous étudions les masses de l'octet baryonique le plus léger dans le cadre de la théorie chirale covariante des perturbations pour les baryons. Nous utilisons la méthode "extended on mass shell" jusqu'à l'ordre trois fois sous dominant. Afin d'étudier les artefacts des calculs sur réseau dus à la taille finie de la boîte nous calculons les effets de volume fini. Adaptant la théorie chirale des perturbations à des fermions de Wilson nous obtenons aussi les effets de discrétisation dû au pas fini du réseau. Nous étudions de façon systématique toutes les données réseau en tenant à la fois de l'extrapolation au continu, des corrections de volume finie et de l'extrapolation chirale. Nous démontrons l'importance des corrections de volume fini dans la description des masses des baryons sur réseau. Par contre les effets de discrétisation sont de l'ordre de 1% jusqu'à l'ordre a² et peuvent donc être ignorés. De plus nous trouvons que toutes les données sur réseau prises en sont consistentes entre elles malgré des différences notables dans les procédures adoptées. Utilisant les formules chirales des masses des baryons nous prédisons de façon précise leurs termes sigma via le théorème de Feynman-Hellmann en analysant les données sur réseau les plus récentes. Les effets dus au pas du réseau, à la troncation de la série de perturbation chirale et à la violation d'isospin de l'interaction forte sont pris en pour la première fois. En particulier le terme sigma pion nucléon et le « strangeness sigma term » sont en accord avec les résultats réseau les plus récents. Au vue des succès rencontrés lors de l'étude de l'octet baryonique nous avons fait une analyse systématique des masses du décuplet baryonique le plus léger dans la théorie chirale covariante des perturbations pour les baryons en fittant de façon simultanée les données réseau n_f=2+1. Une bonne description à la fois des données réseau et des masses expérimentales est obtenue. De plus les termes sigma sont prédits. Enfin comprendre le spectre d'excitation des hadrons est encore un challenge. En particulier le spectre des baryons a une structure très inhabituelle, la résonance Roper (1440) de parité positive étant plus légère que l'état de parité négative N(1535). La plupart des études sur réseau suggère que les effets des log chiraux sont plus importants pour la masse de la Roper que pour celle des nucléons. Nous avons donc calculé la masse de cette résonance en théorie chirale des perturbations en tenant en de façon explicite des contributions du nucléon et du delta. Les contributions venant du mélange entre le nucléon et la Roper sont étudiées pour la première fois. Une première analyse de la masse de cette particule est présentée. / Mass is one of the most fundamental properties of matter. Understanding its origin has long been a central topic in physics. According to modern particle and nuclear physics, the key to this issue is to understand the origin of nucleon (lowest-lying baryon) masses from the nonperturbative strong interaction. With the development of computing technologies, lattice Quantum Chromodynamics simulations provide great opportunities to understand the origin of mass from first principles. However, due to the limit of computational resources, lattice baryon masses have to be extrapolated to the physical point. Chiral perturbation theory, as an effective field theory of low-energy QCD, provides a model independent method to understand nonperturbative strong interactions and to guide the lattice multiple extrapolations. Therefore, we present the interplay between lattice QCD and chiral perturbation theory to systematically study the baryon masses. In the SU(3) sector, we study the lowest-lying octet baryon masses in covariant baryon chiral perturbation theory with the extended-on-mass-shell scheme up to next-to-next-to-next-to-leading order. In order to consider lattice artifacts from finite lattice box sizes, finite-volume corrections to lattice baryon masses are estimated. By constructing chiral perturbation theory for Wilson fermions, we also obtain the discretization effects of finite lattice spacings. We perform a systematic study of all the latest n_f=2+1 lattice data with chiral extrapolation (m_q → m_q^phys.), finite-volume corrections (V→∞), and continuum extrapolation (a→0). We find that finite-volume corrections are important to describe the present lattice baryon masses. On the other hand, the discretization effects of lattice simulations up to O(a²) are of the order 1% when a≈0.1 fm and can be safely ignored. Furthermore, we find that the lattice data from different collaborations are consistent with each other, though their setups are quite different. Using the chiral formulas of octet baryon masses, we accurately predict the octet baryon sigma terms via the Feynman-Hellmann theorem by analyzing the latest high-statistics lattice QCD data. Three key factors --- lattice scale setting effects, chiral expansion truncations and strong-interaction isospin-breaking effects --- are taken into account for the first time. In particular, the predicted pion- and strangeness-nucleon sigma terms, sigma_πN=55(1)(4) MeV and sigma_sN =27(27)(4) MeV, are consistent with the most latest lattice results of nucleon sigma terms. With the success in the study of octet baryon masses, we also present a systematic analysis of the lowest-lying decuplet baryon masses in covariant baryon chiral perturbation theory by simultaneously fitting n_f=2+1 lattice data. A good description for both the lattice and the experimental decuplet baryon masses is achieved. The convergence of covariant baryon chiral perturbation theory in the SU(3) sector is discussed. Furthermore, the pion- and strangeness-sigma terms for decuplet baryons are predicted by the Feynman-Hellmann theorem. In addition, understanding the excitation spectrum of hadrons is still a challenge, especially the first positive-parity nucleon resonance, the Roper(1440). The baryon spectrum shows a very unusual pattern that the Roper state is lower than the negative-parity state N(1535). Most lattice studies suggest that the Roper mass exhibits much larger chiral-log effects than that of the nucleon. Therefore, we calculate the Roper mass in chiral perturbation theory by explicitly including the nucleon/Delta contributions. The mixed contributions between nucleon and Roper to the baryon masses are taken into account for the first time. A first analysis of lattice Roper masses is presented.

This thesis deals with a broad range of aspects that concern the simulation of QCD jet physics by Monte Carlo event generators. Phenomenological work is presented in validating the CKKW approach for merging tree-level matrix elements and parton showers. In the second part the main project is documented comprising the definition, realization and verification of a new QCD colour-dipole cascade. Finally, a new cluster-hadronization model is introduced.