Os efeitos nucleares em processos de produ¸c˜ao de quarkonium no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e no Large Hadron Collider (LHC)

Abstract

Neste trabalho de disserta¸c˜ao, investigamos os efeitos nucleares em processos de produ¸c˜ao de quarkonium no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e no Large Hadron Collider (LHC). Para tanto, consideramos o Modelo de Evapora¸c˜ao de Cor (CEM), baseado em processos partˆonicos calculados mediante a QCD perturbativa e em intera¸c˜oes n˜ao perturbativas via troca de gl´uons suaves para a forma¸c˜ao do quarkonium. Supress˜ao de quarkonium ´e um dos sinais de forma¸c˜ao do assim chamado Plasma de Quarks e Gl´uons (QGP) em colis˜oes ultrarelativ´ısticas de ´ıons pesados. No entanto, a supress˜ao n˜ao ´e somente causada em colis˜oes n´ucleo-n´ucleo (AA) devido `a forma¸c˜ao do QGP. De fato, a supress˜ao de quarkonium tamb´em foi observada em colis˜oes pr´oton-n´ucleo (pA). A fim de separar os efeitos da mat´eria quente (devidos ao QGP) e fria (efeitos n˜ao devidos ao QGP), pode-se olhar primeiro para colis˜oes pA, onde somente efeitos de mat´eria fria desempenham um papel fundamental, e depois aplicar esses efeitos em colis˜oes AA, uma vez que parte da supress˜ao ´e devido a efeitos de mat´eria fria. No regime de altas energias, a produ¸c˜ao do quarkonium ´e fortemente dependente da distribui¸c˜ao de gl´uons nuclear, o que viabiliza uma oportunidade ´unica de estudar o comportamento de pequeno x dos gl´uons dentro do n´ucleo e, consequentemente, restringir os efeitos nucleares. Estudamos os processos nucleares utilizando distintas parametriza¸c˜oes para as distribui¸c˜oes partˆonicas nucleares. Calculamos a raz˜ao nuclear para processos pA e AA em fun¸c˜ao da vari´avel rapidez para a produ¸c˜ao de quarkonium, o que permite estimar os efeitos nucleares. Al´em disso, apresentamos uma compara¸c˜ao com os dados do RHIC para a produ¸c˜ao do m´eson J/Ψ em colis˜oes pA, demonstrando que a an´alise deste observ´avel ´e uma quest˜ao em aberto na literatura. Adicionalmente, estimamos a produ¸c˜ao de quarks pesados e quarkonium na etapa inicial e durante a fase termal de uma colis˜ao ultrarelativ´ıstica de ´ıons pesados. O objetivo deste estudo ´e estimar as distintas contribui¸c˜oes para a produ¸c˜ao e de alguns efeitos do meio nuclear.

In this dissertation work we investigate the nuclear effects in quarkonium production processes at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC). To do this, we consider the Color Evaporation Model (CEM), based on partonic processes calculated in perturbative QCD, and in non-perturbative interactions via soft gluon exchanges for the quarkonium formation. Quarkonium suppression is one of the signals of formation of the so called quark gluon plasma (QGP) in ultrarelativistic heavy ion collisions. However, the suppression in nucleusnucleus (AA) collisions is not only due the formation of QGP. In fact, quarkonium suppression was also observed in proton-nucleus (pA) collisions. In order to disentangle the hot and cold matter effects, one may look first into pA collisions, where only cold matter effects play a role, and then apply these effects into AA collisions, once part of the supression is due to cold matter effects. These arise in the nuclear medium where the formation of the plasma is not expected, while the hot matter effects has its origin in the QGP. In the high energy regime, the quarkonium hadroproduction is strongly dependent on the nuclear gluon distribution, which gives a unique opportunity to study the low-x behavior of the gluons inside the nucleus and, consequently, constrain the nuclear effects. We study the nuclear processes using distinct parameterizations for the nuclear parton distributions. We calculated the nuclear ratio for quarkonium production in pA and AA processes as a function of the rapidity variable which allows to estimate the nuclear effects. Furthermore, we show a comparison with RHIC data for the J/Ψ production in pA collisions, demonstrating that the analysis of this observable is an open question in the literature. Additionally, we estimate the production of heavy quarks and quarkonium in the initial stage and during the thermal phase in ultrarelativistic heavy ion collisions. The aim of this study is to estimate the different contributions to quarkonium production and some effects of the nuclear medium.