Qcd in heavy ionsfrom initial to final states

Resumen

Esta tesis se ha centrado en el estudio de la interacción fuerte a altas energías en colisiones entre iones pesados. La teoría de campos que describe la interacción fuerte, denominada Cromodinámica Cuántica (QCD), provee el marco teórico donde se pueden calcular todas las características de la interacción fuerte. Sin embargo, dicha teoría solamente se sabe resolver en la actualidad en el régimen perturbativo caracterizado por una escala de momentos grande y en donde los grados de libertad relevantes son los partones: los quarks y los gluones.Las colisiones entre núcleos pesados a energías muy altas ofrecen la única posibilidad experimental existente de estudiar la transición de fase entre materia desconfinada y materia confinada. Así, existen programas experimentales tanto en CERN, Suiza, como en el Brookhaven National Laboratory, USA. RHIC ha producido datos experimentales que permiten establecer la producción de materia partónica de alta densidad. Sin embargo, el grado de equilibrio alcanzado en dichas colisiones no está claro, por lo que no se puede afirmar con rotundidad que se ha producido el QGP. Los estudios experimentales en el LHC ayudarán a clarificar esta situación. Esta tesis trata sobre distintos aspectos de gran actualidad en la física de iones pesados ultrarrelativistas, enfocados hacia la compresión de QCD en regímenes de altas temperatura y densidad partónica solamente accesibles mediante el uso de núcleos como proyectiles y blancos en las colisiones estudiadas experimentalmente. La tesis se divide en dos partes: la primera de ellas se centra en el estudio de efectos de estado inicial, aquellos que ocurren antes de la colision, y en la segunda se estudian efectos de estado final debido a la creacion de un medio partonico denso tras la colision. Estos aspectos se han agrupado en tres capitulos: 1) El estudio de un estado inicial denso en el que las tecnicas perturbativas no son aplicables. Para ello se han considerado diferentes procesos estocasticos cuyo comportamiento se ha comparado con las expectativas de evolucion a altas energias en QCD en el marco del color glass condensate. El estudio de la evolucion a altas energias, cuyas ecuaciones son incompletas debido a su explicita derivacion para colisiones entre proyectil diluido y blanco denso, puede ser realizado mediante el analisis de procesos de reaccion difusion debido a su correspondencia con la fisica de sistemas estadisticos. 2) Estudio de colisiones entre proton y nucleo como herramienta para coha incluido mediante la adicion de una constante a las partes divergentes de las funciones de splittingmprobar factorizacion colinear y determinar las funciones de distribucion partonicas nucleares. Las colisiones entre proton y nucleo permiten caracterizar los efectos debidos a la presencia de materia nuclear fria, y constituyen el escenario ideal para discernir cuales de los efectos son debidos al estado inicial de la colisions y cuales atribuibles al estado final. Se ha calculado el espectro inclusivo de piones neutros para colisiones entre proton y plomo en el LHC utilizando factorizacion colinear. Comparando dichos resultados con las predicciones de otros modelos, cuya descripcion de los datos de RHIC es comparable, hemos encontrado que la medida del mencionado observable a diferentes valores de rapidez podra confirmar si la hipotesis de factorizacion colinear es aplicable y en que regimen cinematico. Ademas hemos comprobado que el uso de datos de espectro inclusivo de hadrones en la escala de energias del LHC podra contribuir a la determinacion de las funciones de distribucion partonicas nucleares y permitira distinguir entre los diferentes sets disponibles en la actualidad. 3) En la ultima parte de la tesis se ha realizado un estudio del medio creado en la colisión entre iones pesados. Dicho estudio se centra en la modificacion de las distribuciones de multiplicidad partonicas en el interior de los jets que atraviesan el medio. Se ha encontrado que la multiplicidad media crece con la presencia del medio, y que la dispersion normalizada disminuye, mientras que la dispersion aumenta.