Orientadores: Léa Maria Leme Strini Velho, Tamas Jósef Márton Käroly Szmrecsányi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-21T23:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Medeiros_TharsilaReisde_D.pdf: 4762434 bytes, checksum: 6a26f396d5471087ac0cb25a426c9912 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O tema central do presente trabalho reside no desenvolvimento da física experimental com aceleradores de partículas na Universidade de São Paulo (USP), mais especificamente nos empreendimentos científicos do físico Oscar Sala. O ponto de partida da narrativa aqui proposta se encontra em 1934, ano em que a atividade de investigação científica do recém criado Departamento de Física da USP deu seus primeiros passos em direção à Física dos Raios Cósmicos, sendo este seu principal ramo de pesquisa experimental nos próximos dez anos. Argumenta-se que esse período foi de fundamental importância à posterior inserção da USP na era dos aceleradores de partículas, devido à continuidade instrumental verificada entre a Física Nuclear e a dos Raios Cósmicos. Foi nesse último ramo que Oscar Sala realizou sua iniciação científica, começando, logo após a Segunda Guerra Mundial, seu primeiro empreendimento científico - projetar e construir, na sua própria universidade e com a colaboração de empresas instaladas em São Paulo, um acelerador de partículas do tipo Van de Graaff. Constata-se que a consolidação do Laboratório do Acelerador Eletrostático se tornou possível graças à filantropia científica norte americano e à cooperação científica firmada com o Departamento de Física Nuclear da Universidade de Wisconsin. Em meados dos anos 1960, a obsolescência do acelerador Van de Graaff engendrou, naquele mesmo laboratório, um processo de atualização tecnológica pautado na aquisição de uma nova máquina eletrostática, do acelerador Pelletron, e na informatização do trabalho experimental. Demonstra-se que a reprodução daquela mesma estratégia utilizada na construção do primeiro acelerador eletrostático foi descartada, devido à incapacidade da indústria nacional de fornecer os materiais necessários à construção de uma máquina tecnologicamente mais sofisticada que a anterior, aliada às mudanças de orientação na política nacional de ciência e tecnologia, que garantiram os recursos financeiros necessários à estruturação do novo laboratório. Como frutos dessa experiência, além da produção de conhecimentos e artefatos de informática, atividade então incipiente no país, foram elaborados, pela própria equipe de Oscar Sala, soluções tecnológicas originais para os diversos problemas apresentados pelo Pelletron em sua fase inicial de funcionamento. Por fim, observa-se, em 1982, o início do último empreendimento científico de Sala, direcionado à expansão do Laboratório Pelletron através do acoplamento de mais um acelerador ao arranjo experimental. Conclui-se que fatores de ordem material diferenciam o desenvolvimento da Física Nuclear em São Paulo daquele verificado nos países desenvolvidos. Nesses últimos países, a estrutura industrial deu suporte ao desenvolvimento da tecnologia dos aceleradores de partículas; já no Brasil, os laboratórios dirigidos por Oscar Sala se tornaram núcleos de inserção de novas tecnologias no setor produtivo nacional / Abstract: The central theme of this work is founded on the development of experimental physics with particle accelerators in the University of São Paulo (USP), and specifically on the scientific accomplishments of the physicist Oscar Sala. Here, our narrative begins in 1934, year in which the scientific investigations of the recently created Department of Physics of USP gave their first steps towards Cosmic Ray Physics, the latter becoming the department's main branch of experimental research for the following ten years. We discuss that this period was essentially important for the insertion of USP in the epoch of particle accelerators, due to the instrumental continuity between Nuclear Physics and Cosmic Rays. It was in the second branch that Oscar Sala carried out his scientific initiation, starting, after the Second World War, his first scientific enterprise - to project and build, in his own university and with the collaboration of companies settled in São Paulo, a Van de Graaff-type particle accelerator. We discuss that the consolidation of the Electrostatic Accelerator Laboratory was viable thanks to north-American scientific philanthropy and to scientific cooperation established with the Nuclear Physics Department of the University of Wisconsin. In the mid-1960s, the disuse of the Van de Graaff accelerator engendered, in that same lab, a process of technological renovation based on the acquisition of a new electrostatic machine, the Pelletron accelerator, and the digitalization of experimental work. We demonstrate that the reproduction of the same strategy used in the construction of the first electrostatic accelerator was put aside, due to national industry's incapability to supply the materials needed for the construction of a more technologically advanced machine than the last, allied to changes in national policies of science and technology, which guaranteed the financial resources needed for the organization of the new lab. As consequence to this experience, more than the production of knowledge and computing artifacts, an activity until then just commencing in the country, Oscar Sala's own team developed original technological solutions to the many problems presented by the Pelletron in its initial usage. Finally, we observe, in 1982, the beginning of Sala's last scientific enterprise: the expansion of the Pelletron Laboratory by joining yet another accelerator to the experimental arrangement. We conclude by stating that factors of a material order differentiate the development of Nuclear Physics in São Paulo from that observed in developed countries. These countries presented an industrial structure that sustained the development of particle accelerator technology whilst, in Brazil, the laboratories directed by Oscar Sala became the centre of insertion of new technologies in the national production sector / Doutorado / Politica Cientifica e Tecnologica / Doutor em Política Científica e Tecnológica

Os aceleradores lineares vêm substituindo gradativamente os irradiadores de fontes gama nos Serviços de Radioterapia no Brasil. Consequentemente, existe a necessidade de aquisição de câmaras de ionização para uso em dosimetria dos feixes de radiação X e de elétrons dos aceleradores lineares. Entretanto, as câmaras de ionização comerciais para radioterapia apresentam alto custo e todas são importadas. Este trabalho teve como objetivo principal projetar, construir e caracterizar câmaras de ionização de placas paralelas em dosimetria de feixes de elétrons de aceleradores clínicos. Foram desenvolvidas cinco câmaras de ionização utilizando-se acrílico como material principal e tintas de grafite e de prata para a confecção dos eletrodos coletores. Uma das câmaras de ionização é a prova dágua. Todas as câmaras de ionização foram submetidas a feixes de radiação no Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN e em três Serviços de Radioterapia na cidade de São Paulo onde foram realizados testes, como: tempo de estabilização, repetibilidade da resposta, estabilidade a médio prazo, corrente de fuga, corrente de saturação, eficiência de coleção de íons, linearidade de resposta, variação da resposta com a distância fonte-detector, efeito de polaridade, efeito cabo, simetria das câmaras de ionização, dependência angular. Além disso, as cinco câmaras de ionização foram calibradas em feixes padronizados de radiação gama, para aplicação em aceleradores clínicos de radioterapia. Os resultados foram satisfatórios para todos os testes realizados, mesmo para o efeito de polaridade no qual o resultado não foi menor que 1%; está de acordo com as câmaras comerciais reportadas na literatura. Assim, as câmaras de ionização desenvolvidas neste trabalho representam a possibilidade de uso em dosimetria de feixes de elétrons de aceleradores lineares em Serviços de Radioterapia. / Linear accelerators are gradually replacing the gamma radiation sources in the Brazilian Radiotherapy Services. Consequently, there is a need for the acquisition of ionization chambers for dosimetry of X-ray and electron beams of linear accelerators. However, the commercial radiotherapy ionization chambers are expensive and they all are imported. The objectives of this work were to design, build and characterize parallel plates ionization chambers to be used in electron beam dosimetry of clinical accelerators. Five ionization chambers were developed using acrylic as main material, and their collecting electrodes were made using graphite and silver paint. One of the ionization chambers is waterproof. All the ionization chambers were tested in the radiation beams of the Calibration Laboratory of Instruments of IPEN, and they were also tested in three Radiotherapy Services of the São Paulo city. The testes performed were: stabilization time, short-term and mediu-term stability tests, leakage current, saturation curve, ion collection efficiency, linearity curve, response in relation to the distance variation, polarity effect, cable effect, symmetry test and angular dependence test. Furthermore, the ionization chambers were calibrated in gamma radiation standard beams, for application in the radiotherapy clinical accelerators. The results of the ionization chambers were satisfactory for all the tests applied, even for the polarity effect test where the response was higher than 1%; this result agrees with the results of commercial ionization chambers reported in literature. The developed ionization chambers in this work show the possibility of their application in dosimetry of electron beams of linear accelerators of Radiotherapy Services.

Orientador: Edson Denis Leonel / Banca: Mario Roberto da Silva / Banca: Roberto Venegeroles Nascimento / Resumo: O problema de bilhar teve origem em 1927 quando G.D. Birkhoff considerou um sistema para descrever o movimento de uma partícula livre dentro de uma região fechada por uma fronteira com a qual sofre colisões. Ao atingir a fronteira a partícula é refletida e viaja com velocidade constante até a próxima colisão. Nesse trabalho consideramos um modelo bidimensional conhecido na literatura como Bilhar Elíptico-ovóide. O raio da fronteira em coordenadas polares é dado por R(θ, p, e, є) = (1−e2)/[1+e cos(θ)]+є cos(pθ). Este modelo comporta-se como uma combinação dos bilhares elíptico e ovóide. Se considerarmos o caso em que a excentricidade e = 0 recuperamos os resultados para o bilhar ovóide, por outro lado, se a deformação na fronteira for nula, є = 0, os resultados para o bilhar elíptico são recuperados. Tal modelo consiste em considerar o movimento de uma partícula clássica de massa m movendo-se livremente no interior de uma região fechada. Ao colidir com a fronteira a trajetória da partícula muda de direção sem sofrer perdas de energia. Encontramos as expressões que descrevem a dinâmica do modelo nas variáveis posição angular e ângulo que a trajetória faz com a reta tangente à curva no ponto de colisão e discutimos nossos resultados numéricos. Observamos que o espaço de fases é do tipo misto, contendo ilhas do tipo Kolmogorov-Arnold-Moser (KAM) geralmente envoltas por um mar de caos, caracterizado por um expoente de Lyapunov positivo, e curvas invariantes do tipo spanning separando diferente regiões do espaço de fases. Entretanto, à medida que os parâmetros de controle são variados, a forma da fronteira se altera, podendo ocorrer que algumas regiões da fronteira passam a ter curvatura negativa. Uma implicação imediata deste comportamento é a destruição das curvas invariantes spanning no espaço de fases. ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The interest in understanding the dynamics of billiard problems becomes in earlies 1927 when Birkhoff introduced a system to describe the motion of a free particle inside a closed region with which the particle suffers elastic collisions. Inside the billiard, a point particle of mass m moves freely along a straight line until it hits the boundary. After the collision, it is assumed that the particle is specularly reflected. In our work we propose a special geometry for the boundary of a classical billiard, which we call as elliptical-oval boundary. The radius of the boundary in polar coordinates is given by R(θ, p, e, є) = (1−e2)/[1+e cos(θ)]+є cos(pθ). It is important to say that the shape of the boundary is controlled by three relevant control parameters, namely p=integer number, є = deformation of the boundary and e is the eccentricity. We obtain and discuss some numerical results considering different possibles combination of the control parameters. In our approach, we obtained a map that describe the particle's dynamics and show that there are a critical value for the parameter є. We show that the phase space has different structures when є > єc and є < єc. Finaly, we obtained the positive Lyapunov Exponent reinforcing that the model has a chaotic behaviour. After studying the static version, we revisit the problem of a classical particle bouncing elastically inside a periodically time varying Oval billiard. The problem is described using a four dimensional mapping for the variables velocity of the particle; time immediately after a collision with the moving boundary; the angle that the trajectory of the particle does with the tangent at the position of the hit; and the angular position of the particle along the boundary. Our main goal is to understand and describe the behaviour of the particle's average velocity (and hence its energy) as a function of the number of ...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Ricardo Egydio de Carvalho / Banca: Elbert Einstein Nehrer Macau / Banca: Iberê Luiz Caldas / Resumo: Procuramos nesta dissertação, entender e desenvolver estudos relacionados com o movimento de trajetórias caóticas num sistema dinâmico não linear. Esses estudos, envolvem uma abordagem sobre a quantificação de recorrências de trajetórias a uma região e sobre o transporte no espaço de fases. Nós escolhemos como modelo o bilhar anular em duas configurações: primeiramente com as fronteiras estáticas e posteriormente, uma dependência temporal (pulsante) e introduzida. Inicialmente reproduzimos os resultados sobre aprisionamentos para caso do bilhar estático, existentes na literatura, a fim de ganharmos experiência para estudar o sistema pulsante. Nesse caso, a topologia dos dois planos de fases possíveis constituídos de variáveis canônicas, apesar de bastante complexas, apresentaram resultados interessantes. Os principais resultados obtidos foram: a observação de regiões de aprisionamentos nos dois planos de fases conectadas entre si; a aceleração de Fermi caracterizada por vários regimes anômalos; ( uma explicação para a diferença desses regimes e dada por aprisionamentos no plano do bilhar) e a evolução do espaço de fases, dito geométrico, que tende a se recuperar conforme a velocidade relativa partícula-fronteira aumenta. Estudamos ainda os efeitos de dissipação no sistema pulsante através de colisões inelásticas. Os resultados indicam que qualquer dissipação desse tipo, independente da magnitude, é suficiente para saturar o crescimento de energia. Porém, em situações especiais essa mesma dissipação pode ser usada para que na média o sistema ganhe energia. / Abstract: We reach in this dissertation, understand and develop studies related to the motion of the chaotic trajectories in a non-linear dynamical system. These studies require an approach on the quanti cation of the recurrences of trajectories to a region and on the transport in the phase space. We choose as a model the annular billiard with two con gurations: rstly with the static boundaries and next, a time-dependent (pulsating)is introduced. Initially we reproduced some results about stickiness in the static case in order to gain experience to study the pulsating system. In such case the topology of the two possible phase space of canonical variables, showed interesting results. The main results were: the observation of sticky regions in both connected phase spaces; the Fermi acceleration characterized by di erent anomalous regimes ( an explanation to this diferent regimes is given by the stickiness on the billiard plane) and the evolution of the phase space, called geometric, which tends to be recovered as the relative velocity particle-boundary increases. We also studied the e ects of dissipation in the pulsating system through inelastic collisions. The results show that this kind of dissipation, regardless of its magnitude, is enough to saturate the energy growth. However, in special situations the mean average of the system can increase with the introduction of inelastic collisions. / Mestre

Orientador: Edson Denis Leonel / Banca: Paulo Cesar Rech / Banca: Ricardo Egydio de Carvalho / Resumo: Neste trabalho investigamos algumas propriedades dinâmicas de dois modelos descritos por mapeamentos discretos: (i) mapa quadrático com perturbação paramétrica e; (ii) modelo do acelerador de Fermi concentrando particularmente na dinâmica dissipativa. No caso (i) e com a introdução de uma perturbação paramétrica o espaço de parâmetros é bidimensional permitindo assim um estudo de suas estruturas periódicas. Por outro lado o modelo do acelerador de Fermi descrito em (ii) consiste de uma particula clássica confinada entre duas paredes rígidas sendo uma delas fixa e outra movendo-se periodicamente no tempo. A partícula sofre colisões com ambas paredes, que assumiremos serem inelásticas. Isso implica em uma perda fracional de energia a cada choque. O são observadas nela. Mostramos que as estruturas periódicas presentes no espaço de parâmetros é bidimensional e estruturas periódicas também modelo do acelerador de Fermi obedecem a uma regra de organização descrita por uma equação diofantina / Abstract: Some dynamical properties are investigated in this work considering two models described by discret mappings: (i) a quadratic map under a parametric perturbation and; (ii) a Fermi accelerator model focusing particularly in the dissipative dynamics. In case (i) and with the introduction of a parametric perturbation the parameter space becomes two-dimensional allowing us to study periodic structures present in such space. On the other hand, the Fermi accelerator model described in case (ii), consists of a classical particle confined to bounce between two rigid walls. One of them is fixed and the other one is assumed to move periodically in time. Inelastic collisions are considered leading the particle to suffer a fractional loss of energy upon collision. The parameter space is also two-dimensional and periodic structures are observed. We show that the organization of such structures is described by a diophantine equation / Mestre

Os aceleradores lineares vêm substituindo gradativamente os irradiadores de fontes gama nos Serviços de Radioterapia no Brasil. Consequentemente, existe a necessidade de aquisição de câmaras de ionização para uso em dosimetria dos feixes de radiação X e de elétrons dos aceleradores lineares. Entretanto, as câmaras de ionização comerciais para radioterapia apresentam alto custo e todas são importadas. Este trabalho teve como objetivo principal projetar, construir e caracterizar câmaras de ionização de placas paralelas em dosimetria de feixes de elétrons de aceleradores clínicos. Foram desenvolvidas cinco câmaras de ionização utilizando-se acrílico como material principal e tintas de grafite e de prata para a confecção dos eletrodos coletores. Uma das câmaras de ionização é a prova dágua. Todas as câmaras de ionização foram submetidas a feixes de radiação no Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN e em três Serviços de Radioterapia na cidade de São Paulo onde foram realizados testes, como: tempo de estabilização, repetibilidade da resposta, estabilidade a médio prazo, corrente de fuga, corrente de saturação, eficiência de coleção de íons, linearidade de resposta, variação da resposta com a distância fonte-detector, efeito de polaridade, efeito cabo, simetria das câmaras de ionização, dependência angular. Além disso, as cinco câmaras de ionização foram calibradas em feixes padronizados de radiação gama, para aplicação em aceleradores clínicos de radioterapia. Os resultados foram satisfatórios para todos os testes realizados, mesmo para o efeito de polaridade no qual o resultado não foi menor que 1%; está de acordo com as câmaras comerciais reportadas na literatura. Assim, as câmaras de ionização desenvolvidas neste trabalho representam a possibilidade de uso em dosimetria de feixes de elétrons de aceleradores lineares em Serviços de Radioterapia. / Linear accelerators are gradually replacing the gamma radiation sources in the Brazilian Radiotherapy Services. Consequently, there is a need for the acquisition of ionization chambers for dosimetry of X-ray and electron beams of linear accelerators. However, the commercial radiotherapy ionization chambers are expensive and they all are imported. The objectives of this work were to design, build and characterize parallel plates ionization chambers to be used in electron beam dosimetry of clinical accelerators. Five ionization chambers were developed using acrylic as main material, and their collecting electrodes were made using graphite and silver paint. One of the ionization chambers is waterproof. All the ionization chambers were tested in the radiation beams of the Calibration Laboratory of Instruments of IPEN, and they were also tested in three Radiotherapy Services of the São Paulo city. The testes performed were: stabilization time, short-term and mediu-term stability tests, leakage current, saturation curve, ion collection efficiency, linearity curve, response in relation to the distance variation, polarity effect, cable effect, symmetry test and angular dependence test. Furthermore, the ionization chambers were calibrated in gamma radiation standard beams, for application in the radiotherapy clinical accelerators. The results of the ionization chambers were satisfactory for all the tests applied, even for the polarity effect test where the response was higher than 1%; this result agrees with the results of commercial ionization chambers reported in literature. The developed ionization chambers in this work show the possibility of their application in dosimetry of electron beams of linear accelerators of Radiotherapy Services.

Neste trabalho apresentamos o projeto do microtron principal do IFUSP. Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos relativos à estabilidade do feixe em um microtron, bem como discussões sobre a ótica do feixe. No trabalho são feitas basicamente 3 tipos de simulações distintas: simulação da dinâmica longitudinal e transversal da etapa síncrona, simulação da dinâmica transversal das linhas de transferência (inserção e extração) e a simulação relativa à otimização do projeto dos eletroímãs principais. As simulações longitudinais mostraram que é possível reduzir a energia de entrada do microtron principal de 4,9 para 2,5 MeV, o que permitira a eliminação do primeiro estágio síncrono (microtron booster). A energia final do microtron principal passa a ser 38 MeV. Foram realizados os projetos de duas linhas de inserção no principal para essas as duas energias (2,5 e 4,9 MeV) e foi feita uma análise comparativa desses dois projetos. O projeto da linha de extração também foi analisado levando em consideração duas energias de extração (5,8 e 38 MeV) para se mostrar a viabilidade dessa etapa. / In this work we present the design of the IFUSP main microtron. Initially, the theoretical foundations for the beam stability in the microton are presented as well as the beam optics is discussed. Three different kinds of simulations were done: Longitudinal and transversal beam dynamics in the synchronous part of the machine, transversal beam dynamics concerning the transfer lines and simulations related to the design of the main magnets. The longitudinal simulations sugested that it is possible to reduce the initial energy of the main microtron from 4.9 to 2.5 MeV, this would permit the elimination of the first synchronous stage (booster microtron). The final energy of the main microtron will be 38 MeV. The design of two insertion lines in the main microtron for the two different energies (2.5 and 4.9 MeV) was done and a comparative analysis between these two designes is presented. The design of the extraction line also takes into account two different extraction energies (5.8 and 38 MeV) in order to show de viability of this part.

Estágio realizado no CERN e orientado Eva Sanchez-Corral Mena / Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

das partículas elementares ainda é um método a ser estabelecido na Física de Partículas, o que poderia ser confirmado com a descoberta do bóson de Higgs. Após diversas propostas para mecanismos de produção, este bóson ainda não foi observado experimentalmente, sendo sua detecção esperada no Grande Colisor de Hádrons. Esta tese propõe um mecanismo de produção central exclusiva difrativa do bóson de Higgs pela fotoprodução, inspirado na abordagem do grupo de Durham para a produção deste bóson por meio da Troca Dupla de Pomerons. A ideia empregada neste mecanismo é combinar as vantagens encontradas na proposta do grupo de Durham com aquelas observadas nas Colisões Ultraperiféricas. O mecanismo de fotoprodução envolve a produção do bóson de Higgs no subprocesso p em alta energia por meio da Troca Dupla de Pomerons, onde a interação difrativa ocorre entre o dipolo de cor proveniente da flutuação do fóton inicial e o conteúdo platônico do próton. Como a massa do bóson de Higgs determina a escala dura da interação, é possível empregar a Cromodinâmica Quântica perturbativa e modelar a interação pela troca de glúons no canal t. Esse mecanismo permite introduzir o vértice de fusão de glúons para a produção do bóson de Higgs, o qual é dominante para a produção do bóson de Higgs em um largo intervalo de massa. Ademais, introduz-se parâmetros fenomenológicos para suprimir a radiação de glúons, bem como predizer corretamente a seção de choque de produção incluindo a Probabilidade de Sobrevivência da Lacuna de Rapidez. Com isso, aplica-se este modelo de interação p em Colisões Ultraperiféricas entre prótons e núcleos usando a Aproximação de Fóton Equivalente para o fluxo de fótons. A seção de choque de produção do bóson de Higgs é estimada para as energias do Tevatron e do LHC, comparando nossas predições com outras obtidas em diferentes propostas na literatura. Além disso, a distribuição em rapidez do bóson de Higgs é estudada, mostrando a centralidade da produção. Como resultado, obtém-se uma taxa de eventos em colisões pp da mesma ordem daquela estimada pelo grupo de Durham, na faixa de 1−6 femtobarn. Contudo, efetuando-se uma análise para inserção da Probabilidade de Sobrevivência da Lacuna de Rapidez no mecanismo de fotoprodução, os resultados se tornam competitivos com aqueles previstos pelos mecanismos de produção eletromagnética e de Troca Dupla de Pomerons, mostrando a fotoprodução difrativa como um meio promissor para a detecção do bóson de Higgs no LHC. Como resultado desta abordagem, as predições para a seção de choque em processos pA demonstra um incremento significativo em relação `as predições anteriores, estimando a seção de choque em colisões pPb da ordem de 1 picobarn. Este resultado é duas ordens de grandeza maior que em colisões pp, contudo a luminosidade e o tempo de operação com colisões pPb será muito menor que em colisões pp. Ainda assim, os eventos serão muito limpos, livres de interações superpostas que ocorrem em alta luminosidades na operação em colisões pp. / After several years of scientific development, the mass generation mechanism for elementary particles is still to be established in particle physics, which would be confirmed with the discovery of a Higgs boson. After many proposals for the production mechanisms, this boson has not yet been observed experimentally, and its detection at the Large Hadron Collider is expected. Here I propose a mechanism of central exclusive diffractive production of the Higgs boson by photoproduction, inspired by the approach of the Durham group for Higgs boson production by Double Pomeron Exchange. The idea employed in this mechanism is to combine the advantages found in the proposal of the Durham group, and those related to ultraperipheral collisions. The photoproduction mechanism involves Higgs boson production in the p subprocess at high energy by Double Pomeron Exchange, where the diffractive interaction occurs between the color dipole resulting from the fluctuation of the initial photon, and the parton content of the proton. As the Higgs boson mass determines the hard scale of the interaction, it is possible to apply perturbative Quantum Chromodynamics, and to describe the interaction by the exchange of gluons in the t-channel. This mechanism allows the introduction of the gluon fusion vertex for Higgs boson production, which is the leading mechanism for a wide range of masses. Moreover, phenomenological parameters are introduced to suppress gluon radiation, and correctly predict the production cross section including the rapidity gaps survival probability. Thus, this mechanism is applied to the p subprocess in ultraperipheral collisions between protons and nuclei using the Equivalent Photon Approximation for the photon flux. The cross section is estimated for Higgs boson production at the Tevatron and LHC energies, comparing these predictions to those from previous work. The Higgs boson rapidity distribution is also predicted to show the production centrality. As a result, the event rate in pp collisions is found to be of the same order as that estimated by the Durham group, in the range 1−6 femtobarn. However, evaluating an analysis to include the rapidity gap survival probability in the photoproduction mechanism, the results become competitive with those predicted by the electromagnetic and Double Pomeron Exchange mechanisms, showing the diffractive photoproduction to be a promising production channel for Higgs boson detection at the LHC. The predictions for the cross section in pA processes show a significant enhancement in comparison to previous estimates, resulting in a cross section for pPb collisions of the order of 1 picobarn. This is two orders of magnitude higher than in pp collisions, however both the luminosity and the running time with pPb collisions will be much lower than in pp ones. Nevertheless the events are going to be very clean, free of the pile-up present in high luminosities pp runnings.

As aplicações envolvendo confinamento e aceleração de feixes de partículas carregadas em canais lineares são inúmeras em diversas áreas do conhecimento. A evolução da engenharia dos aceleradores lineares de partículas de próxima geração está fortemente condicionada ao melhor entendimento de fenômenos não-lineares como a formação de halo, inerentes aos atualmente cada vez mais perscrutados regimes de alta densidade de carga e energia. O presente trabalho visa investigar e caracterizar os aspectos dinâmicos e de equilíbrio envolvidos na transição de um feixe ultra-intenso de partículas com mesma carga de um estado inicial não-estacionário para um final estacionário. A alta densidade de partículas implica que as forças repulsivas naturais neste tipo de sistema sejam imprescindíveis para a sua correta descrição. O feixe em questão evolui em um canal linear encapsulado por um duto circular condutor e é focalizado por um campo magnético constante axial de origem solenoidal. Tal feixe inicialmente encontra-se perfeitamente alinhado com o eixo de simetria do sistema de confinamento magnético, sendo, portanto, as oscilações de sua centróide inexistentes. Por simplicidade, foi imposto também ao feixe o vínculo de simetria azimutal. Como condição inicial, considerou-se o estado não-estacionário do feixe descrito por uma densidade homogênea e outra não-homogênea. No primeiro caso, o descasamento e, no segundo, a magnitude da não-homogeneidade são os fatores precursores da instabilidade inicial que conduz o feixe ao estado de equilíbrio. Para ambos os casos, modelos foram desenvolvidos para determinar quantidades dinâmicas, relacionadas à escala de tempo característica da instabilidade inicial, e de equilíbrio, tais como a emitância e o envelope, grandezas estatísticas estas usualmente de interesse em Física de Feixes. Os resultados obtidos foram comparados com simulações numéricas autoconsistentes e o acordo foi satisfatório. Os modelos demonstraram-se eficientes não somente em prever tais quantidades de interesse como também em elucidar aspectos físicos fundamentais intrínsecos ao comportamento observado nas simulações numéricas autoconsistentes e experimentos. / Applications involving confinement and acceleration of charged particle beams in linear channels are innumerous in many fields of the knowledge. The engineering evolution of next-generation particle linear accelerators is strongly conditioned to the better understanding of nonlinear phenomena like halo formation, inherent to the more and more currently explored regimes of high charge density and energy. The present work aims at investigating and characterizing dynamical and equilibrium aspects involved in the transition of a high-intensity beam of charged particles from an initial non-stationary state to a final stationary state. High particle densities mean that the repulsive forces naturally present in these kinds of systems are essential to their adequate description. The beam under analysis evolves inside a linear channel encapsulated by a circular conductor pipe, and is focalized by a constant axial magnetic field generated by solenoids. Such beam is initially perfectly aligned to the symmetry axis of the magnetic confinement system, being in this way its centroid oscillations non-existent. For simplicity, it has been imposed to the beam the constraint of azimuthal symmetry. As initial condition, the beam non-stationary state has been described by a homogeneous and an inhomogeneous particle density. In the first case, the mismatch and, in the second one, the magnitude of inhomogeneity, are the factors forerunner of the initial instability, which leads the beam to evolve to the equilibrium state. For both cases, models have been developed to determine dynamical quantities, related to the characteristic time scale of the initial instability, and equilibrium quantities, such as the emittance and envelope, usually of interest in Beam Physics. The obtained results have been compared with full self-consistent N-particle beam numerical simulations and the agreement has been reasonable. The models have shown to be efficient not only to predict beam quantities of interest as well as to elucidate fundamental physical aspects intrinsic to the behavior observed in the self-consistent numerical simulations and experiments.