Produção e propagação de pártons energéticos no meio nuclear

Abstract

A descoberta da atenuação de jatos em colisões Au+- Au centrais no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) no Laboratório Nacional de Brookhaven fornece evidências claras da formação de matéria densa fortemente interagente. Esta atenuação foi prevista para ocorrer devido à perda de energia de pártons de alta energia que se propagam através do Plasma de Quarks e Glúons. Para explicitar este observável como um efeito de estado final, e melhor caracterizar as características do meio formado nas colisões de íons pesados, devemos buscar um entendimento das propriedades do espectro em colisões envolvendo apenas um núcleo, no caso de RHIC d+Au. Um dos temas estudados nesta tese é a produção de mésons D em rapidez positiva nesta classe de processos usando um modelo baseado em QCD perturbativa, assumindo que este tratamento pode ser usado como uma base para distinguir efeitos de meio e dinâmicos. Analisamos corno os efeitos nucleares nas distribuições partônicas nucleares podem afetar este processo para energias de RHIC e LHC. Foi encontrado um aumento da produção na região de momentum transverso (qT) moderado para RHIC, devido ao efeito de anti-sombreamento no meio nuclear. Nossa predição para LHC sugere que o sombreamento irá suprimir o espectro de mésons D para qT < 14 GeV. Outro tema abordado nesta tese é o estudo das contribuições das perdas de energia radiativa e colisional em colisões de íons pesados. Nestes processos, a perda de energia partônica é estudada como principal contribuição para a atenuação de jatos, medida experimentalmente. A energia crítica Ec, que caracteriza a energia onde os dois mecanismos tem contribuições iguais, é estimada e o fator de atenuação é calculado incluindo perdas colisional e radiativa de energia. Nossos resultados demonstram a importância do mecanisno de perda de energia colisional e sugerem que não podemos desconsiderá-Io nas análises dos dados de RHIC. Porém, a magnitude do fator de atenuação é reduzida por um fator inferior a dois quando a contribuição da perda de energia colisional é incluída. Além disso, investigamos a dependência da perda de energia partônica colisional em um plasma de pártons no valor do acoplamento forte e sua variação com a evolução do sistema. Analisamos as diferentes prescrições para a acoplamento da QCD e calculamos a dependência em energia e comprimento do meio na perda de energia percentual. Além disso, o fator de atenuação para quarks leves e pesados é estimado. Encontramos que o aumento previsto na produção de mésons contendo chaT"Tnquando comparada aos mésons 7f é fortemente dependente da variação da constante de acoplamento da QCD.

The discovery of the jet quenching in central Au -+-Au collisions at the Relativistic Heavy-ion Collider (RHlC) at Brookhaven National Laboratory has provided clear evidence for the formation of strongly interacting dense matter. lt has been predicted to occur due to the energy loss of high energy partons that propagate through the quark gluon plasma. ln order to explicitate this observab1e as a final state effect and to characterize the features of the medium formed in heavy ion collisions, one has to search for the understanding of the properties of the spectra in collisions when just one nuclei is involved, as d+Au processes at RHlC. The first theme studied in this thesis is the D meson production at forward rapidity in this class of processes, using a pQCD-based mode1, and we assume this treatment as a baseline to distinguish medium and dynamical effects. lt is analysed how the nuclear effects in the nuclear partonic distributions may affect this process at RHlC and LHC energies. An enhancement in the moderate transverse momentum (qT) region for RHlC, due to antishadowing in the nuclear medium, is found. Our prediction for LHC suggests that shadowing wiU suppress the D meson spectra for qT < 14 GeV. Another theme deve10ped in this thesis is the study of the collisional and radiative energy 10sses in heavy ion collisions. ln these processes, partonic energy 10ss has been studied as the main contribution to the experimentally measured jet quenching. The radiative and collisiona1 contributions to the energy 10ss for a propagating parton in a dense medium are calculed in this thesis. The critical energy Ec, which characterizes the energy where both mechanisms contribute equally, is estimated and the quenching factor is calcu1ated including radiative and collisiona1 contributions to energy loss. Our resu1ts have shown that the collisiona1 energy 10ss is significative and cannot be disregarded in a full ca1culation for data analysis at RHlC. However, we have found that the quenching factor, that reflects the nuclear modification factor, is not very sensitive to the magnitude of the energy loss and varies at most a factor 2 when the collisional contribution is included. Besides, for collisional energy loss in a parton plasma, we investigate the dependence in the strong coupling constant and its variation when the systern evolves. We ana1yze different prescriptions for the QCD coup1ing and calculate the energy and lenght of mediurn dependence in the fractional energy 10ss. We also estimate the quenching factor for light and heavy quarks. We found that the enhancement of the charrned rnesons production when compared to the 7rrnesons is strongly dependent of the QCD coupling constant value.