Estudamos a estabilidade de um feixe relativístico continuo e intenso de partículas carregadas que se propaga no interior de um tubo condutor cilíndrico. As equações de movimento para o centróide e o envelope de um feixe, cujo eixo de propagação esta levemente desalinhado com relação ao eixo do tubo condutor, são obtidas e utilizadas na determinação das condições de equilíbrio e estabilidade para o transporte do feixe. Nosso estudo mostra que, dependendo dos parâmetros principais que definem o sistema, a propagação do feixe ao longo do eixo de simetria do tubo pode se tornar instável devido à presença da parede condutora, o que define um limite fundamental na fração de área efetiva que um feixe em equilíbrio pode ocupar dentro do tubo. / We study the stability of a continuous and intense relativistic beam of charged particles that propagates inside a cylindrical conducting pipe. The equations of motion for the centroid and the envelope of a beam, whose axis of propagation is slightly misaligned with the axis of the transport channel, are obtained and used in determining the conditions of equilibrium and stability for the transport of the beam. Our study shows that, depending on main parameters that define the system, the transport of the beam along the axis of symmetry of the pipe may become unstable due to the presence of the conducting wall. This defines a fundamental limit on the fraction of the effective area that an stable beam can occupy inside the pipe.

Esta tese analisa a transição de um feixe com perfil isotrópico para um perfil anisotrópico em um canal focalizador linear. Considerando um feixe de íons de alta intensidade no regime dominado pelas forças eletromagnetoestáticas do próprio feixe e com um grande desacasamento (RMS) do envelope do feixe, observa-se um rápido crescimento da anisotropia espacial do feixe. Uma vez que as interações eletromagnetoestáticas do próprio feixe em um acelerador linear de alta intensidade podem levar a equipartição da energia entre os graus de liberdade do feixe, este fenômeno de anisotropização sugere uma espécie de rota para a equipartição. Nesta tese, mostramos que as ressonâncias de partícula-partícula e as ressonâncias entre os modos de oscilação do feixe e as partículas levam a anisotropização do feixe, isto é, tanto a razão do envelope como a razão das emitâncias são diferentes de um. Propomos que esta anisotropia é responsável pelo equiparticionamento do feixe. Os resultados sugerem que quando o feixe permanece equiparticionado ele apresenta uma anisotropia macroscópica, que é caracterizada pelas seguintes propriedades: o desenvolvimento de uma forma elíptica do feixe, com o crescimento do semi-eixo ao longo da direção x, a presença de um acoplamento entre as emitâncias transversais, a formação do anel ao longo de uma direção preferencial, a estacionariedade da temperatura e um crescimento da entropia, sob a forma de cascata. Chamamos o estado caracterizado por estas propriedades como um estado de equartição via anisotropias. / This thesis examines the transition from isotropic to anisotropic beam profiles in a linear focusing channel. Considering a high-intensity ion beam in a space-charge dominated regime and with an initially large mismatcaed RMS beam size, we observe a fast increasing spatial anisotropy of the beam. Since space-charge interactions in a high-intensity linear accelerator can lead to energy equip rtition between the degrees of freedom, this anisotropization phenomena suggest a kinc of route to equipartition. In this thesis we show that the particle-particle resonances and mode oscillation of the beam-particle resonances lead to the anisotropization of the beam, that is, both the envelope ratio and the emittance ratio are different from one. We propose that this anisotropy is responsible for the beam's equipartitioning. The results suggest that the beam remains equipartitioned when it exhibits a macroscopic anisotropy, which is characterized by the following properties: the development of an elliptical shape with increasing size along the x-direction, the presence of a coupling between transversal e ittances, halo formation along a preferential direction, stationarity of the temperature and a growth of the entropy in the cascade form. We call the state characterized by these properties as an anisotropic equipartition state.

Banca: Marcelo Morael Guzzi / Banca: José Abdalla Helayel / Banca: Arthur K. Antunes Maciel / Banca: Alvaro de Souza Dutra / Banca: Milton Eije Kayama / Texto Sistemático Crítico - Faculdade de Engenharia - Campus de Guaratinguetá - Universidade Estadual Paulista "Júlio de

Orientador: Fernando Luiz de Campos Carvalho / Banca: Alvaro de Souza Dutra / Banca: Jose Abdalla Helayel Neto / Resumo: Neste trabalho estudamos aspectos gerais do modelo padrão tendo como principal objetivo o estudo do setor escalar desse modelo. Iniciamos com as teorias de gauge e mecanismo de quebra espontânea de simetria, necessários para a compreensão desse setor do modelo. Posteriormente escrevemos a lagrangiana do modelo padrão, nos concentrando no setor escalar de forma a obter os acoplamento do bóson de Higgs a férmions e bósons de gauge. Determinamos as largura de decaimento e seções de choque para os processos de produção e desintegração do bóson de Higgs. Com o apoio de códigos computacionais obtivemos resultados numéricos e os comparamos com os resultados recentement publicados sobre a possível descoberta do bóson de Higgs. Estudamos a extensão supersimétrica mais simples do modelo padrão, o MSSM, iniciando com o modelo de dois dubletos de Higgs, determinamos os campos de Higgs físicos da teoria. Escrevemos as lagrangianas de interação e extraímos os acoplamento dos campos escalares da teoria. Escrevemos as novas larguras de decaimentos, mencionando sua diferença com relação ao modelo padrão. Por fim, novamente com a utilização dos códigos computacionais e com os resultados obtidos, analisamos os diferentes casos e comparamos os resultados para o setor escalar neutro de ambos os modelos, isto é, modelo padrão e modelo padrão mínimo supersimétrico / Abstract: We have studied general aspects of the Standard Model, focusing on the scalar sectos of this model. We have written the Standard Model lagrangian, obtainde the couplings of the Higgs bosons to fermions and gauge bosons. We have derived the decay width as well as the cross sections for production and decay of Higgs bosons We have obtained numerical results using fortran codes. We have studied the simplest extension of the Standard model, the MSSM, starting with the two Higgs doublet model. We have derived the physical Higgs of the theory and written the interacting lagrangian as wellas their couplings on the theory. The ner decay width of the neutral CP-even scalar is writtenm and the numerical results for this case is used to compare the Higgs boson of the Standard Model with hte neutral CP-even Higgs boson of the MSSM / Mestre

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.

Esta tese analisa a dinâmica combinada do envelope e da centróide de feixes intensos de partículas carregadas envoltos por paredes condutoras. Similarmente ao caso onde as paredes condutoras estão ausentes, nós mostramos que a dinâmica do envelope e da centróide são independentes. Envelopes descasados decaem ao estado de equilíbrio com simultâneo crescimento de emitância, mas a centróide se mantém oscilando sem perda signi cativa de energia. São mostradas estimativas analíticas para obtenção de algumas características de formação de halo vista nas simulações completas. / This thesis analyses the combined envelope-centroid dynamics of high intensity charged beams surrounded by conducting walls. Similarly to the case were conducting walls are absent, we show that the envelope and centroid dynamics decouples from each other. Mismatched envelopes still decay into equilibrium with simultaneous emittance growth, but the centroid keeps oscillating with no appreciable energy loss. Some estimates are performed to analytically obtain some characteristics of halo formation seen in the full simulations.

Estudamos a estabilidade de um feixe relativístico continuo e intenso de partículas carregadas que se propaga no interior de um tubo condutor cilíndrico. As equações de movimento para o centróide e o envelope de um feixe, cujo eixo de propagação esta levemente desalinhado com relação ao eixo do tubo condutor, são obtidas e utilizadas na determinação das condições de equilíbrio e estabilidade para o transporte do feixe. Nosso estudo mostra que, dependendo dos parâmetros principais que definem o sistema, a propagação do feixe ao longo do eixo de simetria do tubo pode se tornar instável devido à presença da parede condutora, o que define um limite fundamental na fração de área efetiva que um feixe em equilíbrio pode ocupar dentro do tubo. / We study the stability of a continuous and intense relativistic beam of charged particles that propagates inside a cylindrical conducting pipe. The equations of motion for the centroid and the envelope of a beam, whose axis of propagation is slightly misaligned with the axis of the transport channel, are obtained and used in determining the conditions of equilibrium and stability for the transport of the beam. Our study shows that, depending on main parameters that define the system, the transport of the beam along the axis of symmetry of the pipe may become unstable due to the presence of the conducting wall. This defines a fundamental limit on the fraction of the effective area that an stable beam can occupy inside the pipe.

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