Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: Elcio Adballa / Banca: Adilson José da Silva / Banca: Patricio Letelier Sotomayor / Banca: Alberto Vasquez Saa / Resumo:Este trabalho é motivado pelo caráter relativo da radiação emitida por cargas aceleradas e em especial pela possibilidade da existência dum análogo quântico para o princípio de equivalência. Para tanto, discutimos, primeiramente, a quantização do setor de baixas energias de um campo escalar sem massa no espaço-tempo de Reissner-Nordstrom. Isto nos permite a análise de processos envolvendo partículas escalares de baixas energias ("soft") presentes no exterior de buracos negros. Em particular, calculamos a resposta de uma fonte escalar estática em interação com a radiação Hawking, considerando tanto o caso em que o campo encontra-se no vácuo de Unruh quanto no de Hartle-Hawking. Esta resposta é comparada com aquela obtida quando a fonte está uniformemente acelerada no vácuo usual no espaço-tempo de Minkowski com a mesma aceleração própria. Mostramos que ambas as respostas são, em geral, diferentes. A igualdade é verificada no limite em que a carga do buraco vai para zero. Ou seja, quando o buraco negro de Reissner-Nordstrom transforma-se num buraco negro de Schwarzschild. A relevância conceitual destes resultados é analisada. Seguidamente analisamos a possibilidade de detectar partículas de baixa energia no caso em que estas possuem massa de repouso m e energia total E < m'c POT.2' no "Rindler wedge", fora de buracos negros de Reissner-Nordstrom e nos espaços-tempos de estrelas relativísticas e não relativísticas. Para tanto, usamos detectores do tipo UnruhDeWitt para calcular a taxa de detecção correspondente em cada caso. A posição média das partículas é identificada com a média espacial da probabilidade de excitação dos detectores, os quais supõem-se distribuídos em todo o espaço. Mostramos que os nossos resultados estão em concordância com as predições clássicas da Relatividade... / Abstract:The present work is motivated by the relative character of the radiation emited by an acelerated charge and in particular by the possibility of the existence of a quantum equivalence principle. For this purpose we discuss the quantization of the low-energy sector of a massless scalar field in the Reissner-Nordstrom spacetime. This allows the analysis of processes involving soft scalar particles occurring outside charged black holes. In particular, we compute the response of a static scalar source interacting with Hawking radiation using the Unruh (and the Hartle-Hawking) vacuum. This response is compared with the one obtained when the source is uniformly accelerated in the usual vacuum of the Minkowski spacetime with the same proper acceleration. We show that both responses are in general different in opposition to the result obtained when the Reissner-Nordstrom black hole is replaced by a Schwarzschild one. The conceptual relevance of this result is commented. Next, we analyze the possibility of detecting free low energy elementary particles with rest mass m and total energy E < m'c POT.2' in the Rindler wedge, outside Reissner-Nordstrom black holes and in the spacetime of relativistic (and non-relativistic) stars, and use Unruh-DeWitt-like detectors to calculate the associated particle detection rate in each case. The (mean) particle position is identified with the spatial average of the excitation probability of the detectors, which are supposed to cover the whole space. Our results are shown to be in harmony with General Relativity classical predictions. Eventually we reconcile our conclusions with Earth-based experiments which are in good agreement with E'> OU =' m'c POT.2' / Doutor

Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: Alberto Saa / Banca: Patrício Anibal Letelier Sotomayor / Mestre

Orientador: Manoel Ferreira Borges Neto / Banca: Carlos Roberto Valêncio / Banca: Wladimir Seixas / Resumo: A curvatura de Ricci desempenha um papel importante em relatividade geral, em que e o termo dominante nas equações de campo de Einstein. Sendo assim, no presente trabalho pretende-se: (i) Desenvolver e aplicar técnicas de fluxo de Ricci à Teoria da Relatividade Geral (TRG); (ii) Discorrer sobre as propriedades do espaço-tempo utilizando superfícies mergulhadas; (iii) Utilizar simulações computacionais em assuntos pertinentes a teoria da Relatividade Geral, particularmente ao estudo dos Buracos Negros e sua evolução. Para tal, utilizar-se-á a plataforma Maple R para simulações utilizando elementos geom étricos do uxo de Ricci, pois esta consiste numa importante ferramenta, já que e uma plataforma integrada, que pode realizar computação simbólica, numérica e visualizações no mesmo ambiente. Pode-se assim realizar todos os passos necessários para as simulações numéricas no fluxo de Ricci utilizando o software Maple R . Esta aplicação pode se tornar uma opção importante a ser adotada, constituindo assim numa base confiável para outros futuros trabalhos / Abstract: The Ricci curvature plays an important role in general relativity, where is the dominant term in Einstein's eld equations. Thus, the present work aims to : (i)Develop and apply Ricci ow techniques to the General Theory of Relativity (TRG);(ii) Discuss the pro-perties of spacetime using layered surfaces;(iii) Using computer simulations in matters pertaining to the theory of General Relativity, particularly the study of black holes and their evolution. To this end, It will use the platform Maple R for simulations using geometric elements of the Ricci ow, because this is an important tool, since it is an integrated platform, that can perform symbolic computation, numerical and views in the same environment. One can thus carry out all the steps necessary for numerical simulations in Ricci ow using software Maple R . This application can become an important option to be adopted, thus providing a reliable basis for other future work / Mestre

Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: Daniel Augusto Turolla Vanzella / Banca: Ernesto Galvão / Resumo: Não disponível / Abstract: When seeking inspiration for a future theory of quantum gravity, studying black holes is a promising ansatz, since they present us with several puzzles at the intersection of quantum theory and gravity. Among these is their entropy: although there are compelling arguments for its existence, its origin and statistical meaning remain a mystery. Previous work showed that at least some aspects of this phenomenon can be accounted for by the entanglement of quantum fields across the horizon: if a field is globally in a pure state, yet part of it is hidden behind the event horizon, then the reduced state of the remainder possesses non-zero entropy. This is the possibility we explore in the present work, in the simplest of settings: a ground-state escalar field, defined in three-dimensional, flat or unifromily curved space, and derive an expression for the entropy, which is evauated numerically. the results show that the entropy scales with the boundary area of the inaccessible region, a key feature of black hole entropy known as the area law. Furthermore. we conclude that the dominant contribution to the entropy is due to short-range interactions, and discuss some physical implications of this insight for the puzzle of black hole entropy / Mestre

Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Marcus Aloízio Martinez de Aguiar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:25:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_GabrielBernardide_M.pdf: 1988646 bytes, checksum: 0b4661aa158c2d9e054e30fd044ba4d9 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a investigação do efeito Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) na presença de buracos negros, contemplando, dessa forma, uma correção de natureza astrofísica à propagação de raios cósmicos de ultra-alta energia. Inicia-se com uma descrição das principais características dos dois elementos cruciais envolvidos no efeito: os raios cósmicos de ultra-alta energia e a radiação cósmica de fundo. Posteriormente, é feita uma revisão sistemática do efeito GZK, mostrando as interações mais relevantes e a abordagem utilizada para o cálculo das perdas de energia. Também é dada especial atenção às correções de natureza cosmológica que devem ser incorporadas ao considerar fontes de raios cósmicos muito distantes. Em seguida, analisa-se o problema na presença de um buraco negro. O estudo é feito considerando a situação mais simples: a radiação cósmica de fundo é tratada como um banho térmico no qual um buraco negro de Schwarzschild está imerso, constituindo um sistema cuja evolução pode ser tratada na aproximação quase estática (mudanças adiabáticas). Uma aproximação para as trajetórias de raios cósmicos nesse espaço-tempo é proposta, e a partir dela são calculadas as perdas de energia de cada partícula em função da distância de máxima aproximação em relação ao buraco negro. Finalmente, são apresentadas as conclusões do autor, e as perspectivas futuras de investigação são discutidas / Abstract: The aim of this work is the investigation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) effect in the presence of black holes, thereby consisting of an astrophysical correction for the propagation of ultrahigh energy cosmic rays. Firstly, a description of the main features of the two crucial elements involved in the effect, the ultrahigh energy cosmic rays and the cosmic microwave background, is given. Then, a systematic review of the GZK effect is presented, showing the most relevant interactions and the approach used for the calculation of energy losses. Also, special attention is given to the cosmological corrections that must be incorporated when very far cosmic-ray sources are considered. After that, the problem is analysed in the presence of a black hole. The study is based upon the simplest situation: the cosmic microwave background is treated as a thermal bath in which a Schwarzschild black hole is immersed, constituting a system whose evolution can be treated in the quasi-static approximation (adiabatic changes). An approximation for the cosmic-ray particles¿ trajectories is proposed, and then used to calculate the energy loss for each particle as a function of the maximum approximation distance to the black hole. Finally, the author¿s conclusions are presented, as well as perspectives for future investigations / Mestrado / Relatividade e Gravitação / Mestre em Física

Orientadores: Alberto Vazquez Saa, Amir Ordacgi Caldeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T19:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santarelli_Raphael_D.pdf: 2666477 bytes, checksum: ddd17159cb8299eef7c96d47293f68ea (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho é testar a validade da Conjectura Fraca da Censura Cósmica em espaços-tempo com buracos negros. Essa conjectura foi proposta por Roger Penrose em 1969, e diz que singularidades resultantes de colapso gravitacional de matéria fisicamente razoável estão sempre envolvidas por um horizonte de eventos, ou seja, escondidas de um observador externo. Apesar de muitas evidências a favor dessa conjectura, ela nunca foi provada. Nossa meta é analisar se essa conjectura pode ser violada classicamente sob especificas circunstâncias. Começaremos com uma introdução ao assunto, apresentando os conceitos que nos serão úteis ao longo de nosso trabalho. Depois investigaremos os trabalhos anteriores na área, que visaram destruir o horizonte de eventos de um buraco negro, criando assim uma singularidade nua (visível), e consequentemente violando a conjectura. Por fim, apresentaremos nossos resultados, que podem ser divididos em duas partes: (i) generalização dos casos clássicos obtidos anteriormente, e demonstração, sob dadas condições, da violação da conjectura para um buraco negro de Kerr-Newman e (ii) análise da validade da conjectura para um buraco negro com cinco dimensões em um espaço-tempo assintoticamente AdS, dando assim uma contribuição para a correspondência AdS/CFT / Abstract: The aim of this work is to test the Weak Cosmic Censorship Conjecture in black holes. This conjecture was proposed by Roger Penrose in 1969, and it states that singularities arising from the gravitational collapse of physically reasonable matter are always involved by an event horizon, i.e., they are hidden from an external observer. Despite so much evidence in favor of this conjecture, it has never been proven. Our aim is to analyze if this conjecture can be violated classically under specific circumstances. We will start with an introduction to the subject, presenting the concepts that will be useful throughout the work. After that, we will investigate the previous studies in the field that tried to destroy the event horizon of a black hole, creating a naked (visible) singularity, and hence violating the conjecture. Lastly, we will present our results, which may be divided in two parts: (i) generalization of the classic cases previously obtained, and demonstration, under specific conditions, of the violation of the conjecture in a spacetime with a Kerr-Newman black hole and (ii) study of the validity of this conjecture with a five-dimensional rotating black hole in a asymptotically AdS spacetime, making a contribution to the AdS/CFT correspondence / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador : Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-07-31T17:50:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_RafaelRibeiroDiasVilelade_M.pdf: 1301756 bytes, checksum: 03f1033594a7b9d0285dbd19b8615341 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Estudamos a ocorrência de caos homoclínico nas órbitas (geodésicas) de partículas-teste sujeitas à ação gravitacional de um buraco-negro central e de uma casca (halo) exterior de matéria. Para isso, supomos que a casca externa tem simetria axial, de maneira que a métrica resultante é uma métrica de Weyl. Tratamos os efeitos gravitacionais dessa casca como perturbação multipolar da métrica de Schwarzschild e utilizamos o Método de Melnikov para detectar a presença do emaranhado homoclínico no espaço de fase, estrutura que implica dinâmica caótica do tipo Ferradura de Smale. Concluímos que caos homoclínico é geral nessa situação e discutimos algumas possíveis conseqüências físicas / Abstract: We study the occurrence of homoclinic chaos in the orbits (geodesics) of test-particles under the gravitational action of a central black-hole and an exterior shell of matter. To this purpose we assume that the shell is axially symmetric, so that the corresponding metric is a Weyl one. We treat the gravitational effects of the shell as a multipolar pertubation of the Schwarzschild metric and use the Melnikov Method to show the existence of the homoclinic tangle in phase space, which implies that the dynamics is chaotic in the sense of the Smale horseshoe. We conclude that homoclinic chaos is general in this situation and discuss some physical consequences / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: Alberto Vasquez Saa / Banca: Daniel Augusto Turolla Vanzella / Banca: Nathan Jacob Berkovits / Banca: Carlos Monken / Resumo: Mesmo tratando a gravidade classicamente, a Teoria Quântica de Campos em Espaços Tempos Curvos (TQCEC) faz previsões impressionantes sobre o comportamento de campos quânticos na presença de campos gravitacionais. Entretanto, ao mesmo tempo em que nos revela efeitos surpreendentes, a TQCEC levanta uma série de questionamentos. O desenvolvimento de uma teoria na interface entre a teoria da relatividade, a mecânica quântica e a teoria da informação poderá não só lançar uma nova luz em tais questões como também nos permitir descobrir novos efeitos de gravitação quântica de baixas energias. Entretanto, os efeitos que a teoria da relatividade causa na teoria da informação quântica são não triviais já no espaço-tempo de Minkowski. Faz-se necessáaria portanto uma análise cuidadosa de tais efeitos já no contexto da relatividade especial. Sendo assim, estudamos primeiro o comportamento das desigualdades de Bell usando férmions de spin 1/2 e fótons quando os detetores que medem spin e polarização, respectivamente, movemse com certa velocidade. Além disso, usamos o limite de Holevo para estudar sistemas de comunicação quando as partes que trocam informação tem um movimento relativo. Como um desenvolvimento natural, estudamos diversos aspectos da teoria da informação quântica no contexto da teoria quântica de campos e, em particular, do efeito Unruh. Tais resultados nos permitiram prever o comportamento de qubits nas vizinhanças de um buraco negro de Schwarzschild / Abstract: Although it treats gravity classically, the Quantum Field Theory in Curved Spacetimes (QFTCS) makes remarkable predictions about de behavior of quantum fields in the presence of gravitational fields. However, these striking discoveries raises several issues. The development of a theory at the interface between the theory of relativity, quantum mechanics and information theory could not only shed new light on such questions as well as allow us to uncover new low-energy quantum gravity effects. However, relativity affects quantum information theory in a highly non-trivial way already in Minkowski spacetime. Therefore, a careful analysis of these effects in the context of special relativity is needed. For this purpose, we begin investigating how the movement of the spin and polarization detectors influences the Bell inequalities using spin 1/2 fermions and photons, respectively. Then, we use the Holevo bound to investigate quantum communication channels when the parts that trade information have a relative motion. As a natural development, we use quantum field theory and, in particular, the Unruh effect to analyze several aspects of quantum information theory. This enables us to predict the behavior of qubits in the vicinity of a Schwarzschild black hole / Doutor