Investigando a produção de mésons vetoriais e fótons diretos em colisões envolvendo íons pesados no Large Hadron Collider

Abstract

A produção exclusiva de mésons vetoriais bem como a produção direta de fótons têm sido estudadas recentemente em ambos aspectos, experimental e teoricamente. Neste trabalho, investigamos a fotoprodução exclusiva de mésons vetoriais e os processos de radiação de fótons reais em colisões próton-próton (pp), próton-núcleo (pA) e núcleo-núcleo (AA) nas energias do Large Hadron Collider (LHC), considerando a abordagem de dipolos de cor. As massas dos mésons pesados fornecem uma escala perturbativa para o problema, permitindo testar a Cromodinâmica Quântica (QCD) perturbativa. Por outro lado, os mésons leves não têm uma escala perturbativa associada ao processo e, portanto, possibilitam testar o regime não perturbativo da QCD. A transição entre o tratamento duro perturbativo e o regime suave pode ser abordada através dos modelos de saturação partônica dentro do formalismo de dipolos de cor. Além disso, tratamos da produção de fótons diretos, onde estimamos a correspondente seção de choque em colisões pp e pA no LHC. Os fótons diretos são uma importante prova da dinâmica da QCD, sondando a região de pequenas distâncias e, consequentemente, oferecendo acesso a estrutura hadrônica do próton. Para ambas reações tratadas nesta tese, o objetivo central é analisar as incertezas teóricas referentes aos respectivos modelos físicos na descrição dos observáveis em colisões hadrônicas no regime de altas energias.

The exclusive production of vector mesons as well the prompt photon production have been studied recently, both experimentally and theoretically. In this work, we investigated the exclusive photoproduction of vector mesons and the real photon radiation processes in proton-proton (pp), proton-nucleus (pA) and nucleus-nucleus (AA) collisions at the Large Hadron Collider (LHC) energies, considering the color dipole approach. The masses of heavy mesons provide a perturbative scale for the problem allowing to test the perturbative Quantum Chromodynamics (QCD). On the other hand, the light mesons do not have a perturbative scale associated to the process, so they allow to test the non-perturbative regime of QCD. The transition between the hard perturbative and the soft regimes can be addressed by the parton saturation models within the color dipole formalism. In addition, we investigated the direct photon production, where we estimate the corresponding cross section in pp and pA collisions at the LHC. The prompt photon are an important probe of QCD dynamics, scanning the small distances region and, consequently, providing access to the hadronic structure of the proton. For both reactions treated in this thesis, the main objective is to analyze the theoretical uncertainties related to the phenomenological models in the description of observables in hadronics collisions at high energy regime.