Cold nuclear matter effects on J/psi production as constrained by deuteron-gold measurements at root S(NN)=200 GeV

We present a new analysis of J/psi production yields in deuteron-gold collisions at root s(NN) =200 GeV using data taken from the PHENIX experiment in 2003 and previously published in S. S. Adler [Phys. Rev. Lett 96, 012304 (2006)]. The high statistics proton-proton J/psi data taken in 2005 are used to improve the baseline measurement and thus construct updated cold nuclear matter modification factors (R(dAu)). A suppression of J/psi in cold nuclear matter is observed as one goes forward in rapidity (in the deuteron-going direction), corresponding to a region more sensitive to initial-state low-x gluons in the gold nucleus. The measured nuclear modification factors are compared to theoretical calculations of nuclear shadowing to which a J/psi (or precursor) breakup cross section is added. Breakup cross sections of sigma(breakup)=2.8(-1.4)(+1.7) (2.2(-1.5)(+1.6)) mb are obtained by fitting these calculations to the data using two different models of nuclear shadowing. These breakup cross-section values are consistent within large uncertainties with the 4.2 +/- 0.5 mb determined at lower collision energies. Projecting this range of cold nuclear matter effects to copper-copper and gold-gold collisions reveals that the current constraints are not sufficient to firmly quantify the additional hot nuclear matter effect.

Three-point vertices in Landau-gauge Yang-Mills theory

Vertices are of central importance for constructing QCD bound states out of the individual constituents of the theory, i.e. quarks and gluons. In particular, the determination of three-point vertices is crucial in nonperturbative investigations of QCD. We use numerical simulations of lattice gauge theory to obtain results for the 3-point vertices in Landau-gauge SU(2) Yang-Mills theory in three and four space-time dimensions for various kinematic configurations. In all cases considered, the ghost-gluon vertex is found to be essentially tree-level-like, while the three-gluon vertex is suppressed at intermediate momenta. For the smallest physical momenta, reachable only in three dimensions, we find that some of the three-gluon-vertex tensor structures change sign.

Wrong sign and symmetric limits and non-decoupling in 2HDMs

We analyse the possibility that, in two Higgs doublet models, one or more of the Higgs couplings to fermions or to gauge bosons change sign, relative to the respective Higgs Standard Model couplings. Possible sign changes in the coupling of a neutral scalar to charged ones are also discussed. These wrong signs can have important physical consequences, manifesting themselves in Higgs production via gluon fusion or Higgs decay into two gluons or into two photons. We consider all possible wrong sign scenarios, and also the symmetric limit, in all possible Yukawa implementations of the two Higgs doublet model, in two different possibilities: the observed Higgs boson is the lightest CP-even scalar, or the heaviest one. We also analyse thoroughly the impact of the currently available LHC data on such scenarios. With all 8 TeV data analysed, all wrong sign scenarios are allowed in all Yukawa types, even at the 1 sigma level. However, we will show that B-physics constraints are crucial in excluding the possibility of wrong sign scenarios in the case where tan beta is below 1. We will also discuss the future prospects for probing the wrong sign scenarios at the next LHC run. Finally we will present a scenario where the alignment limit could be excluded due to non-decoupling in the case where the heavy CP-even Higgs is the one discovered at the LHC.

Jet energy measurement and its systematic uncertainty in proton-proton collisions at s√=7 TeV with the ATLAS detector

The jet energy scale (JES) and its systematic uncertainty are determined for jets measured with the ATLAS detector using proton–proton collision data with a centre-of-mass energy of s√=7 TeV corresponding to an integrated luminosity of 4.7 fb −1 . Jets are reconstructed from energy deposits forming topological clusters of calorimeter cells using the anti- kt algorithm with distance parameters R=0.4 or R=0.6 , and are calibrated using MC simulations. A residual JES correction is applied to account for differences between data and MC simulations. This correction and its systematic uncertainty are estimated using a combination of in situ techniques exploiting the transverse momentum balance between a jet and a reference object such as a photon or a Z boson, for 20≤pjetT<1000 GeV and pseudorapidities |η|<4.5 . The effect of multiple proton–proton interactions is corrected for, and an uncertainty is evaluated using in situ techniques. The smallest JES uncertainty of less than 1 % is found in the central calorimeter region ( |η|<1.2 ) for jets with 55≤pjetT<500 GeV . For central jets at lower pT , the uncertainty is about 3 %. A consistent JES estimate is found using measurements of the calorimeter response of single hadrons in proton–proton collisions and test-beam data, which also provide the estimate for pjetT>1 TeV. The calibration of forward jets is derived from dijet pT balance measurements. The resulting uncertainty reaches its largest value of 6 % for low- pT jets at |η|=4.5 . Additional JES uncertainties due to specific event topologies, such as close-by jets or selections of event samples with an enhanced content of jets originating from light quarks or gluons, are also discussed. The magnitude of these uncertainties depends on the event sample used in a given physics analysis, but typically amounts to 0.5–3 %.

Measurement of colour flow with the jet pull angle in t(t)over-bar events using the ATLAS detector at root s=8 TeV

The distribution and orientation of energy inside jets is predicted to be an experimental handle on colour connections between the hard--scatter quarks and gluons initiating the jets. This Letter presents a measurement of the distribution of one such variable, the jet pull angle. The pull angle is measured for jets produced in tt¯ events with one W boson decaying leptonically and the other decaying to jets using 20.3 fb−1 of data recorded with the ATLAS detector at a centre--of--mass energy of s√=8 TeV at the LHC. The jet pull angle distribution is corrected for detector resolution and acceptance effects and is compared to various models.

Threshold effects on heavy quark production in gamma gamma interactions

The exchange of gluons between heavy quarks produced in e+e- interactions results in an enhancement of their production near threshold. We study QCD threshold effects in collisions. The results are relevant to heavy quark production by beamstrahlung and laser backscattering in future linear collider experiments. Detailed predictions for top-, bottom-, and charm-quark production are presented.

Fluid dynamical prediction of changed v1-flow at energies available at the CERN Large Hadron Collider

Substantial collective flow is observed in collisions between lead nuclei at Large Hadron Collider (LHC) as evidenced by the azimuthal correlations in the transverse momentum distributions of the produced particles. Our calculations indicate that the global v1-flow, which at RHIC peaked at negative rapidities (named third flow component or antiflow), now at LHC is going to turn toward forward rapidities (to the same side and direction as the projectile residue). Potentially this can provide a sensitive barometer to estimate the pressure and transport properties of the quark-gluon plasma. Our calculations also take into account the initial state center-of-mass rapidity fluctuations, and demonstrate that these are crucial for v1 simulations. In order to better study the transverse momentum flow dependence we suggest a new"symmetrized" vS1(pt) function, and we also propose a new method to disentangle global v1 flow from the contribution generated by the random fluctuations in the initial state. This will enhance the possibilities of studying the collective Global v1 flow both at the STAR Beam Energy Scan program and at LHC.

Holographic isotropization linearized

The holographic isotropization of a highly anisotropic, homogeneous, strongly coupled, non-Abelian plasma was simplified in ref. [1] by linearizing Einstein"s equations around the final, equilibrium state. This approximation reproduces the expectation value of the boundary stress tensor with a 20% accuracy. Here we elaborate on these results and extend them to observables that are directly sensitive to the bulk interior, focusing for simplicity on the entropy production on the event horizon. We also consider next-to-leading-order corrections and show that the leading terms alone provide a better description of the isotropization process for the states that are furthest from equilibrium.

Fluid dynamical prediction of changed v1-flow at energies available at the CERN Large Hadron Collider

Substantial collective flow is observed in collisions between lead nuclei at Large Hadron Collider (LHC) as evidenced by the azimuthal correlations in the transverse momentum distributions of the produced particles. Our calculations indicate that the global v1-flow, which at RHIC peaked at negative rapidities (named third flow component or antiflow), now at LHC is going to turn toward forward rapidities (to the same side and direction as the projectile residue). Potentially this can provide a sensitive barometer to estimate the pressure and transport properties of the quark-gluon plasma. Our calculations also take into account the initial state center-of-mass rapidity fluctuations, and demonstrate that these are crucial for v1 simulations. In order to better study the transverse momentum flow dependence we suggest a new"symmetrized" vS1(pt) function, and we also propose a new method to disentangle global v1 flow from the contribution generated by the random fluctuations in the initial state. This will enhance the possibilities of studying the collective Global v1 flow both at the STAR Beam Energy Scan program and at LHC.

Efeitos de alta densidade em processos Drell-Yan de altas energias

Um dos problemas teóricos mais importantes da Física de Partículas de Altas Energias é a investigação de efeitos de alta densidade na Cromodinâmica Quântica (QCD), que é a teoria que descreve as interações fortes. Tais efeitos são importantes pois determinam os observáveis em colisõesde altas energias. Em processos hadrônicos de energia suficientemente alta, espera-se a formação de sistemas densos o suficiente para que efeitos não lineares de QCD passem a ser significativos na descrição e na unitarização da seção de choque. Na descrição de processos de espalhamento de altas energias, evidências experimentais indicam que os hádrons são constituídos por partículas puntuais, as quais chamamos de pártons. Os pártons carregam uma fração x do momentum total do hádron, e são de dois tipos, quarks e glúons. Na interação entre as partículas ocorre a troca de momentum, definida como Q2. A descrição perturbativa padrão para a evolução dinâmica das distribuições de quarks q(x, Q2) e glúons g(x, Q2), pode ser dada pelas equações de evolução DGLAP, e tem obtido sucesso na descrição dos resultados experimentais para as presentes energias. Na evolução DGLAP, são considerados apenas processos de emissão, como a emissão de um glúon por um quark, o decaimento de um glúon em um par de quarks ou em um par de glúons Estes processos de emissão tendem a aumentar a densidade de pártons na região de pequeno momentum, levando a um crescimento ilimitado das distribuições partônicas para x -+ O. Assim, é esperado que o crescimento da densidade de pártons leve a interação e recombinação destas partículas, dando origem a termos não lineares nas equações de evolução. O resultado seria um processo de saturação das distribuições de pártons na região de alta energia e pequena fração de momentum. Os efeitos que dão origem à redução do crescimento das distribuições de quarks e glúons em relação a evolução linear são chamados genericamente de efeitos de sombreamento. Um dos aspectos fenomenológicosinteressantes a ser investigado no regime cinemático abordado acima é o processo Drell-Yan de alta energia, o qual consiste em processos de espalhamento pp, pA e AA com a produção de pares de léptons. Com o advento dos novos aceleradores, novos resultados experimentais estarão disponíveis na literatura relacionados com este processo. Em nosso trabalho investigamos os efeitos das correções de unitariedade em processos pp, bem como os efeitos devido a presença do meio nuclear em colisõespA e AA, nas distribuições de quarks e glúons, para a descrição da seção de choque diferencial para o processo Drell-Yan em colisõespp, pA e AA, para energias existentes nos novos aceleradores RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) e LHC (Large Ion Collider). Os efeitos de alta densidade são baseados no formalismo de Glauber-Mueller. Os resultados aqui apresentados mostram que os efeitos de alta densidade nas distribuições partônicas são importantes para altas energias, pois a descrição da seção de choque para o processo Drell-Yan, quando os efeitos de alta densidade são considerados, apresenta significativas diferenças da descrição onde não considera-se tais efeitos.

Fenomenologia em cromodinâmica quântica com propagador de glúon modificado

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.

Comportamento infravermelho do propagador do glúon na rede

Investigamos o comportamento infravermelho do propagdor do glúon,no calibre de Ladau, em três dimensões (2+1) para teoria Yang-Mills SU (2) (YM23 )usando simulações em redes euclidianas de grande volume(403, 803, 1403). Obtemos indicações bastante fortes de que esse propagador tende a valor infinito para momentum nulo,decrescendo, a partir de ~350 MeV, com , expoente crítico κ ~ 0.6. Comparações com predições analíticas não-perturbativas mostram boa concordância e sugerem existência de pólos imaginários no propagador.Obtemos clara evidência de violação em YM23, condição suficiente para o confinamento de cor.

Produção de quarkonium : aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD

Neste trabalho de tese investigamos o papel de dinâmica perturbativa e não-perturbativa da Cromodinâmica Quântica, a teoria das interações fortes, em processos de produção de quarks pesados e de quarkonium-estados ligados de um par de quarks pesados. Um aspecto importante na produção de quarks pesados consiste no tratamento de ordens mais altas em QCD perturbativa, que abordamos por meio de elementos de matriz QCD em segunda ordem dominante (NLO) e através de um gerador de eventos Monte Carlo, mais útil fenomenologicamente, onde a produção perturbativa de pares Q Q e obtida utilizando elementos de matriz em ordem dominante e a aproximação de chuveiros partônicos de processos em ordens mais altas. Os processos suaves formando estados ligados de quarkonium são descritos em termos do modelo de evaporação de cor (CEM), ou alternativamente através do modelo de interações suaves de cor (SCI) e do modelo da lei das áreas generalizado (GAL). Neste trabalho, calculamos as distribuições em xF e p? para o J= e 0 em hadroprodução em alvo xo e no colisionador p p do Tevatron. Outros observáveis como a seção de choque total para J= , 0 e charme aberto tamb em são reproduzidos. Além disso, extrapolamos os modelos para descrever a produção de J= e no futuro colisionador LHC, onde as taxas de produção de J= estão at e uma ordem de magnitude acima de outra predição da literatura, o qual pode implicar em J= ser um ru do não negligenciável para estudos de violação da simetria CP no LHC. Além disso, com o objetivo de descrever as taxas de produção relativas entre os vários estados de charmonium, desenvolvemos um modelo para o mapeamento do espectro contínuo de massas do par c c produzido perturbativamente, nas ressonâncias de charmonium, onde introduzimos uma correlação entre a massa invariante do par produzido perturbativamente e a massa física do estado de charmonium. Outra abordagem importante ao estudo dos aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD na produção de quarks pesados e o formalismo de fatorização k?, o qual investigamos em processos de fotoprodução de charme e bottom, com ênfase em resultados de um modelo de saturação. Efeitos de evolução DGLAP tamb em são estudados, considerando a derivada da distribuição de glíuons. Analisamos em detalhe seções de choque totais e distribuições em pT , mostrando as regiões de validade de cada descrição. Através do estudo de vários aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD, este trabalho de tese contribui para um melhor entendimento da conexão entre essas duas dinâmicas.

Supressão de J/[psi] em processos próton-núcleo e núcleo-núcleo devido aos efeitos de alta densidade

A supressão da produção do méson J/Ψ em colisões de íons pesados tem sido apontada como um sinal da formação de um estado desconfinado da matéria - o Plasma de Quarks e Glúons. Este sinal, por em, não e inequívoco e muitos modelos, que não assumem a formação do plasma, podem descrever igualmente bem os resultados da colaboração NA50, no CERN, que apontou uma supressão anômala, não explicada pela absorção nuclear, nas colisões mais centrais entre íons de chumbo. De modo geral, estes modelos, considerando ou não a formação do plasma, procuram explicar os resultados experimentais através de mecanismos que causam a supressão no estado final da colisão, isto e, mecanismos que agem sobre as partículas produzidas na colisão. Por outro lado, para núcleos pesados e em processos envolvendo altas energias, as distribuições partônicas nucleares são alteradas em relação as distribuições para nucleons livres. Estas alterações ocorrem devido ao fato das dimensões do nucleon serem um limite geométrico para o crescimento das distribuições - seu vínculo de unitariedade - pois o meio nuclear, em altas energias, apresenta uma alta densidade partônica. A existência deste vínculo de unitariedade requer modificações das distribuições partônicas, o que deve ser considerado nos cálculos das seções de choque nucleares. Tais modificações afetam a produção de hádrons no estado final, diminuindo sua taxa de produção. Nesse trabalho, investigamos a inclusão dos efeitos de alta densidade nas distribuições partônicas para o tratamento da supressão de J/Ψ em colisões envolvendo alvos nucleares. Estes efeitos são decorrentes do aumento da distribuição de glúions na região de pequeno x (altas energias). A evolução DGLAP, que considera apenas a emissão de pártons, prevê um crescimento ilimitado da distribuição de glúons nesta região, quebrando assim o vínculo da unitariedade. Por isso, o mecanismo de recombinação partônica passa a contribuir para restaurar a unitariedade. Estes efeitos de recombinação, basicamente, são tratados como os efeitos de alta densidade referidos nesse trabalho, alterando as distribuições partônicas nucleares. Utilizamos processos próton-núcleo para estimar a magnitude destes efeitos, uma vez que estes processos não apresentam um meio nuclear tão denso quanto o proporcionado por colisões núcleo-núcleo. Esta premissa torna os processos próton-núcleo testes mais confiaveis para a investigação dos efeitos de alta densidade. Analisamos em especial a razão entre as taxas de produção do méson J/Ψ e do par de léptons, via processo Drell- Yan, uma vez que este observável e utilizado para apontar a supressão na produção de J/Ψ . Estendemos esta análise para processos núcleo-núcleo, onde novos mecanismos de supressão, entre eles a formação do Plasma de Quarks e Glúons são esperados. Os resultados aqui apresentados mostram que a inclusão dos efeitos de alta densidade introduz uma supressão adicional na produção de J/Ψ , que se torna mais significativa com o aumento da energia do processo. Nossa conclusão e, portanto, que estes efeitos devem ser incorporados na análise deste sinal em experimentos realizados em RHIC e LHC.

Uma nova assinatura para glueballs

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.