A hipótese de que a matéria estranha de quarks (um plasma composto por quarks up, down e strange em quantidades aproximadamente iguais) é estável `a pressão nula vem sendo considerada há mais de vinte anos, tanto teoricamente quanto em experimentos específicos para sua eventual detecção. Se a matéria estranha é de fato estável, então poderia haver importantes implicações para a Astrofísica. Entre as mais estimulantes destas implicações está a possibilidade de conversão da matéria nuclear ordinária em matéria estranha no interior das estrelas de nêutrons devido ás altíssimas densidades ali encontradas. Processos tais como coalescência em binárias de estrelas de nêutrons e as próprias supernovas, eventos responsáveis pelo nascimento destas estrelas, poderiam ejetar estruturas finitas de matéria estranha, chamadas strangelets (equivalentes aos núcleos), no meio interestelar. Desta forma, strangelets estariam presentes entre os primários de raios cósmicos e seriam sujeitas a processos elementares análogos aos núcleos ordinários. Nesta Tese, as strangelets são estudadas desde os prováveis sítios para sua produção astrofísica, passando por interações com a matéria do meio interestelar, ate a chegada ás imediações terrestres. Estima-se o fluxo de strangelets de baixa energia que poderia ser mantido aprisionado na magnetosfera da Terra, bem como são estudados os processos de suas interações com componentes da atmosfera, com vistas às assinaturas observacionais então resultantes. Desta forma, são determinadas as características relevantes para a identificação destes exóticos por experimentos que testam o fluxo de raios cósmicos, ajudando na melhor compreensão das propriedades da matéria nuclear em alta densidade bariônica e baixa temperatura. / The strange quark matter hypothesis, which states that a plasma composed of quarks up, down and strange in roughly equal amounts is absolutely stable at zero pressure, has been studied for more than twenty years, both theoretically and during searches for its detection in specific experiments. If strange quark matter is indeed stable, then there could be important implications for the field of Astrophysics. Among the most stimulating ones is the possibility of conversion of ordinary nuclear matter in strange quark matter in the interior of neutron stars due to the extremely high densities reached in the core of these compact objects. Processes such as the merger in neutron star binaries systems and supernovae themselves, responsible for the birth of these stars, may eject lumps of strange quark matter, termed strangelets, in the interstellar medium. In this way, strangelets may be present among the cosmic ray flux and be subjected to elementary processes much in the same way as ordinary nuclei. In this Thesis, strangelets are studied from their likely astrophysical production sites, passing through the interstellar medium until they reach the Earth neighborhood. Estimates of the low energy flux of strangelets that could be trapped in the terrestrial magnetosphere are given. Also, the interaction of these particles with components in the Earth atmosphere are studied with the aim of providing better understanding of the resulting observational signatures. It allows the determination of the relevant characteristics for the identification of these exotics by experiments testing the cosmic ray flux, helping to better understand the properties of nuclear matter at high densities and low temperatures.

Foram medidas distribuições angulares do espalhamento elástico 17O + p e da reação de transferência p(17O,a)14N nas energias ECM = 1,39 e 2,33 MeV. Foi utilizado feixe de 17O produzido no Laboratório Pelletron, com energias de 25 e 42 MeV. As medidas foram efetuadas utilizando-se alvos plásticos de mylar aluminizado (C10H10O4) e polietileno (CH2) com espessuras de 354µg/cm² e 6mg/cm², respectivamente. As distribuições angulares experimentais do espalhamento elástico e da reação de transferência foram analisadas por cálculos de Modelo Óptico e Aproximação de Born de Ondas Distorcidas (DWBA), ambos levando em conta uma estimativa da contribuição do núcleo composto através de cálculos de Hauser-Feshbach. Em 42 MeV, foi medida uma função de excitação do espalhamento elástico utilizando o Método de Espalhamento Ressonante com alvo grosso de (CH2). Várias ressonâncias do núcleo composto 18F são observadas. / Angular distributions of the elastic scattering 17O + p and of the transfer reaction p(17O, a)14N have been measured at the energies, ECM = 1.39 and 2.33 MeV. The 17O beam was produced by the Pelletron accelerator at the energies of 25 and 42 MeV. The measurements have been performed using plastic targets of aluminized mylar (C10H10O4) and polyethylene (CH2) with thicknesses 354µg/cm² and 6mg/cm², respectively. The experimental angular distributions of the elastic scattering and of the transfer reaction have been analyzed by optical model and Distorted Waves Born Approximation (DWBA) calculations, both taking into account the compound nucleus contribution via Hauser-Feshbach calculations. At 42 MeV, an excitation function of the elastic scattering has been measured using the Resonant Scattering Method with thick targets of (CH2). Resonances in the 18F compound nucleus are observed.

Neste trabalho são apresentados os estudos das condições de resposta de um diodo de Si, com estrutura de múltiplos anéis de guarda, na detecção e espectrometria de partículas alfa. Este diodo foi fabricado por meio do processo de implantação iônica (Al/p+/n/n+/Al) em um substrato de Si do tipo n com resistividade de 3 kohm•cm, 300 mícrons de espessura e área útil de 4 mm2. Para usar este diodo como detector, a face n+ deste dispositivo foi polarizada reversamente, o primeiro anel de guarda aterrado e os sinais elétricos extraídos da face p+. Estes sinais eram enviados diretamente a um pré-amplificador desenvolvido em nosso laboratório, baseado no emprego do circuito híbrido A250 da Amptek, seguido da eletrônica nuclear convencional. Os resultados obtidos com este sistema na detecção direta de partículas alfa do Am-241evidenciaram excelente estabilidade de resposta com uma elevada eficiência de detecção (= 100 %). O desempenho deste diodo na espectrometria de partículas alfa foi estudado priorizando-se a influência da tensão de polarização, do ruído eletrônico, da temperatura e da distância fonte-detector na resolução em energia. Os resultados mostraram que a maior contribuição para a deterioração deste parâmetro é devida à espessura da camada morta do diodo (1 mícron). No entanto, mesmo em temperatura ambiente, a resolução medida (FWHM = 18,8 keV) para as partículas alfa de 5485,6 keV (Am-241) é comparável àquelas obtidas com detectores convencionais de barreira de superfície freqüentemente utilizados em espectrometria destas partículas. / In this work are presented the studies about the response of a multi-structure guard rings silicon diode for detection and spectrometry of alpha particles. This ion-implanted diode (Al/p+/n/n+/Al) was processed out of 300 micrometers thick, n type substrate with a resistivity of 3 kohm•cm and an active area of 4 mm2. In order to use this diode as a detector, the bias voltage was applied on the n+ side, the first guard ring was grounded and the electrical signals were readout from the p+ side. These signals were directly sent to a tailor made preamplifier, based on the hybrid circuit A250 (Amptek), followed by a conventional nuclear electronic. The results obtained with this system for the direct detection of alpha particles from Am-241 showed an excellent response stability with a high detection efficiency (= 100 %). The performance of this diode for alpha particle spectrometry was studied and it was prioritized the influence of the polarization voltage, the electronic noise, the temperature and the source-diode distance on the energy resolution. The results showed that the major contribution for the deterioration of this parameter is due to the diode dead layer thickness (1 micrometer). However, even at room temperature, the energy resolution (FWHM = 18.8 keV) measured for the 5485.6 MeV alpha particles (Am-241) is comparable to those obtained with ordinary silicon barrier detectors frequently used for these particles spectrometry.

Neste trabalho são apresentados os estudos das condições de resposta de um diodo de Si, com estrutura de múltiplos anéis de guarda, na detecção e espectrometria de partículas alfa. Este diodo foi fabricado por meio do processo de implantação iônica (Al/p+/n/n+/Al) em um substrato de Si do tipo n com resistividade de 3 kohm•cm, 300 mícrons de espessura e área útil de 4 mm2. Para usar este diodo como detector, a face n+ deste dispositivo foi polarizada reversamente, o primeiro anel de guarda aterrado e os sinais elétricos extraídos da face p+. Estes sinais eram enviados diretamente a um pré-amplificador desenvolvido em nosso laboratório, baseado no emprego do circuito híbrido A250 da Amptek, seguido da eletrônica nuclear convencional. Os resultados obtidos com este sistema na detecção direta de partículas alfa do Am-241evidenciaram excelente estabilidade de resposta com uma elevada eficiência de detecção (= 100 %). O desempenho deste diodo na espectrometria de partículas alfa foi estudado priorizando-se a influência da tensão de polarização, do ruído eletrônico, da temperatura e da distância fonte-detector na resolução em energia. Os resultados mostraram que a maior contribuição para a deterioração deste parâmetro é devida à espessura da camada morta do diodo (1 mícron). No entanto, mesmo em temperatura ambiente, a resolução medida (FWHM = 18,8 keV) para as partículas alfa de 5485,6 keV (Am-241) é comparável àquelas obtidas com detectores convencionais de barreira de superfície freqüentemente utilizados em espectrometria destas partículas. / In this work are presented the studies about the response of a multi-structure guard rings silicon diode for detection and spectrometry of alpha particles. This ion-implanted diode (Al/p+/n/n+/Al) was processed out of 300 micrometers thick, n type substrate with a resistivity of 3 kohm•cm and an active area of 4 mm2. In order to use this diode as a detector, the bias voltage was applied on the n+ side, the first guard ring was grounded and the electrical signals were readout from the p+ side. These signals were directly sent to a tailor made preamplifier, based on the hybrid circuit A250 (Amptek), followed by a conventional nuclear electronic. The results obtained with this system for the direct detection of alpha particles from Am-241 showed an excellent response stability with a high detection efficiency (= 100 %). The performance of this diode for alpha particle spectrometry was studied and it was prioritized the influence of the polarization voltage, the electronic noise, the temperature and the source-diode distance on the energy resolution. The results showed that the major contribution for the deterioration of this parameter is due to the diode dead layer thickness (1 micrometer). However, even at room temperature, the energy resolution (FWHM = 18.8 keV) measured for the 5485.6 MeV alpha particles (Am-241) is comparable to those obtained with ordinary silicon barrier detectors frequently used for these particles spectrometry.

Foram medidas distribuições angulares do espalhamento elástico 17O + p e da reação de transferência p(17O,a)14N nas energias ECM = 1,39 e 2,33 MeV. Foi utilizado feixe de 17O produzido no Laboratório Pelletron, com energias de 25 e 42 MeV. As medidas foram efetuadas utilizando-se alvos plásticos de mylar aluminizado (C10H10O4) e polietileno (CH2) com espessuras de 354µg/cm² e 6mg/cm², respectivamente. As distribuições angulares experimentais do espalhamento elástico e da reação de transferência foram analisadas por cálculos de Modelo Óptico e Aproximação de Born de Ondas Distorcidas (DWBA), ambos levando em conta uma estimativa da contribuição do núcleo composto através de cálculos de Hauser-Feshbach. Em 42 MeV, foi medida uma função de excitação do espalhamento elástico utilizando o Método de Espalhamento Ressonante com alvo grosso de (CH2). Várias ressonâncias do núcleo composto 18F são observadas. / Angular distributions of the elastic scattering 17O + p and of the transfer reaction p(17O, a)14N have been measured at the energies, ECM = 1.39 and 2.33 MeV. The 17O beam was produced by the Pelletron accelerator at the energies of 25 and 42 MeV. The measurements have been performed using plastic targets of aluminized mylar (C10H10O4) and polyethylene (CH2) with thicknesses 354µg/cm² and 6mg/cm², respectively. The experimental angular distributions of the elastic scattering and of the transfer reaction have been analyzed by optical model and Distorted Waves Born Approximation (DWBA) calculations, both taking into account the compound nucleus contribution via Hauser-Feshbach calculations. At 42 MeV, an excitation function of the elastic scattering has been measured using the Resonant Scattering Method with thick targets of (CH2). Resonances in the 18F compound nucleus are observed.

A hipótese de que a matéria estranha de quarks (um plasma composto por quarks up, down e strange em quantidades aproximadamente iguais) é estável `a pressão nula vem sendo considerada há mais de vinte anos, tanto teoricamente quanto em experimentos específicos para sua eventual detecção. Se a matéria estranha é de fato estável, então poderia haver importantes implicações para a Astrofísica. Entre as mais estimulantes destas implicações está a possibilidade de conversão da matéria nuclear ordinária em matéria estranha no interior das estrelas de nêutrons devido ás altíssimas densidades ali encontradas. Processos tais como coalescência em binárias de estrelas de nêutrons e as próprias supernovas, eventos responsáveis pelo nascimento destas estrelas, poderiam ejetar estruturas finitas de matéria estranha, chamadas strangelets (equivalentes aos núcleos), no meio interestelar. Desta forma, strangelets estariam presentes entre os primários de raios cósmicos e seriam sujeitas a processos elementares análogos aos núcleos ordinários. Nesta Tese, as strangelets são estudadas desde os prováveis sítios para sua produção astrofísica, passando por interações com a matéria do meio interestelar, ate a chegada ás imediações terrestres. Estima-se o fluxo de strangelets de baixa energia que poderia ser mantido aprisionado na magnetosfera da Terra, bem como são estudados os processos de suas interações com componentes da atmosfera, com vistas às assinaturas observacionais então resultantes. Desta forma, são determinadas as características relevantes para a identificação destes exóticos por experimentos que testam o fluxo de raios cósmicos, ajudando na melhor compreensão das propriedades da matéria nuclear em alta densidade bariônica e baixa temperatura. / The strange quark matter hypothesis, which states that a plasma composed of quarks up, down and strange in roughly equal amounts is absolutely stable at zero pressure, has been studied for more than twenty years, both theoretically and during searches for its detection in specific experiments. If strange quark matter is indeed stable, then there could be important implications for the field of Astrophysics. Among the most stimulating ones is the possibility of conversion of ordinary nuclear matter in strange quark matter in the interior of neutron stars due to the extremely high densities reached in the core of these compact objects. Processes such as the merger in neutron star binaries systems and supernovae themselves, responsible for the birth of these stars, may eject lumps of strange quark matter, termed strangelets, in the interstellar medium. In this way, strangelets may be present among the cosmic ray flux and be subjected to elementary processes much in the same way as ordinary nuclei. In this Thesis, strangelets are studied from their likely astrophysical production sites, passing through the interstellar medium until they reach the Earth neighborhood. Estimates of the low energy flux of strangelets that could be trapped in the terrestrial magnetosphere are given. Also, the interaction of these particles with components in the Earth atmosphere are studied with the aim of providing better understanding of the resulting observational signatures. It allows the determination of the relevant characteristics for the identification of these exotics by experiments testing the cosmic ray flux, helping to better understand the properties of nuclear matter at high densities and low temperatures.