In this thesis we studied dark matter models with strong self-interactions, typically known as self-interacting dark matter (SIDM). This kind of models constitute a promising solution to the tension between small scale structure observations and predictions assuming the standard case of collisionless cold dark matter (CDM) while keeping the success of the standard cosmological model, LambdaCDM, at large scales. The presence of strong self-interactions can increase the dark matter capture and annihilation in astrophysical objects like our sun, enhancing the potential of indirect detection signals. We used the high energy neutrinos produced by such annihilations to probe SIDM models. We established strong constraints on SIDM with velocity independent cross section by comparing the expected neutrino signal with the results of the IceCube-79 dark matter search. Also, we determined the sensitivity for the IceCube-DeepCore and PINGU detectors for SIDM with a velocity dependent self-interacting cross section (vdSIDM). Most of its relevant parameter space can be tested with the three years of data already collected by IceCube-DeepCore, complementing results from direct detection experiments and other indirect detection studies. / Nesta tese investigamos modelos de matéria escura com auto-interações fortes, conhecidos tipicamente como matéria escura auto-interagente (SIDM). Este tipo de modelos constituem uma solução promissora à tensão entre as observações de estrutura a pequena escala e as previsões assumindo o caso padrão de matéria escura fria não colisional (CDM), enquanto se mantêm o sucesso do modelo cosmológico padrão, LambdaCDM, a grandes escalas. A presença de auto-interações fortes podem aumentar a captura e a aniquilação da matéria escura em objetos astrofísicos como o nosso sol, aumentando o potencial de sinais de detecção indireta. Usamos o sinal de neutrinos de alta energia produzidos por essas aniquilações para explorar modelos de SIDM. Estabelecemos fortes vínculos em modelos de SIDM com seção de auto-interação independente da velocidade comparando o sinal de neutrinos esperado com os resultados de busca de matéria escura do IceCube-79. Também, determinamos a sensibilidade dos detectores IceCube-DeepCore e PINGU para modelos de SIDM com uma seção de auto-interação dependente da velocidade (vdSIDM). A maior parte do espaço de parâmetros de interesse pode ser testado com os três anos de dados já coletados pelo IceCube-DeepCore, complementando os resultados de experimentos de detecção direta e outras an análises de detecção indireta.

A existência de matéria escura é sustentada pela observação de efeitos gravitacionais sobre a matéria comum. A partir desses efeitos, com medidas de curvas de rotação e lentes gravitacionais, é possível calcular a densidade de matéria escura necessária para causa-los. Para descrever o comportamento observado, foram criados alguns modelos teóricos, porém a natureza das partículas que constituem matéria escura continua desconhecida. Determinar propriedades como massa e seção de choque da possível partícula de matéria escura é fundamental para o entendimento da natureza de seus efeitos sobre matéria bariônica. No âmbito experimental, os Telescópios Cherenkov medem a radiação gama proveniente do cosmo com energia entre GeV &#8212TeV de forma que uma possível interação (como exemplo a aniquilação de partículas de matéria escura) poderia ter seu resultado final de raios gama detectado em um dos experimentos de observação indireta. Neste trabalho de mestrado analisamos os conceitos de matéria escura a partir de um modelo específico de partículas WIMPs, o neutralino. Estudamos galáxias anãs esferoidais como possíveis fontes do sinal de raios gama proveniente da aniquilação de neutralinos. Para o entendimento dos cálculos, reproduzimos os resultados de dois experimentos importantes para a área, pertencentes aos telescópios VERITAS e MAGIC, validando as implementações realizadas. Estudamos também galáxias anãs esferoidais observadas pelo experimento FERMI-LAT para as quais limites superiores de fluxo foram determinados. Fizemos uso dessas medidas e extrapolamos os espectros de energias para o intervalo a ser observado pelo CTA. Utilizando curvas de sensitividade realistas para uma possível configuração do CTA, determinamos a potencialidade de detectação de matéria escura pelo CTA de 18 fontes estudados pelo FERMI-LAT. A partir dos resultados obtidos com a simulação do Observatório, podemos concluir quais fontes proporcionam melhores avanços para as pesquisas envolvendo matéria escura com o modelo escolhido. / The existence of dark matter is sustained by the observation of its gravitational efects on ordinary matter. By studying these efects, with rotation curves and gravitational lensing measurements, it is possible to calculate the dark matter density necessary to cause them. Theoretical models were created to describe the observed behavior, however the nature of the constituent particles is still unknown. Determining the particles\' properties such as mass and cross section is fundamental for the understanding of the nature of its efects on baryonic matter. On the experimental scope, Cherenkov Telescopes measure the gamma radiation coming from the cosmo with an energy between GeV &#8212TeV making it possible for an interaction to have its final product detected in one of these experiments. In this dissertation, we present an analysis of dark matter concepts considering a specific model of WIMPs particles, represented by the neutralino. We studied dwarf spheroidal galaxies as possible gamma-ray flux sources originated from the neutralino annihilation. We reproduced the results on annihilation cross section of two important experiments for this particular field (VERITAS and MAGIC), validating the codes implemented. This was perfomed with the objective of understanding the calculus involved. We studied dwarf spheroidal galaxies observed by the FERMI-LAT experiment for which upper limits flux were determined. We used these measurements and extrapolated the energy spectrum to the one to be observed by CTA. With realistic sensitivity curves for a possible CTA configuration, we determined the potencial for a dark matter detection for 18 sources studied by FERMI-LAT. With the results obtained with the Observatory simulation, we were able to conclude which of these sources represent improvements for dark matter researches with the specific model described.

A existência de matéria escura é sustentada pela observação de efeitos gravitacionais sobre a matéria comum. A partir desses efeitos, com medidas de curvas de rotação e lentes gravitacionais, é possível calcular a densidade de matéria escura necessária para causa-los. Para descrever o comportamento observado, foram criados alguns modelos teóricos, porém a natureza das partículas que constituem matéria escura continua desconhecida. Determinar propriedades como massa e seção de choque da possível partícula de matéria escura é fundamental para o entendimento da natureza de seus efeitos sobre matéria bariônica. No âmbito experimental, os Telescópios Cherenkov medem a radiação gama proveniente do cosmo com energia entre GeV &#8212TeV de forma que uma possível interação (como exemplo a aniquilação de partículas de matéria escura) poderia ter seu resultado final de raios gama detectado em um dos experimentos de observação indireta. Neste trabalho de mestrado analisamos os conceitos de matéria escura a partir de um modelo específico de partículas WIMPs, o neutralino. Estudamos galáxias anãs esferoidais como possíveis fontes do sinal de raios gama proveniente da aniquilação de neutralinos. Para o entendimento dos cálculos, reproduzimos os resultados de dois experimentos importantes para a área, pertencentes aos telescópios VERITAS e MAGIC, validando as implementações realizadas. Estudamos também galáxias anãs esferoidais observadas pelo experimento FERMI-LAT para as quais limites superiores de fluxo foram determinados. Fizemos uso dessas medidas e extrapolamos os espectros de energias para o intervalo a ser observado pelo CTA. Utilizando curvas de sensitividade realistas para uma possível configuração do CTA, determinamos a potencialidade de detectação de matéria escura pelo CTA de 18 fontes estudados pelo FERMI-LAT. A partir dos resultados obtidos com a simulação do Observatório, podemos concluir quais fontes proporcionam melhores avanços para as pesquisas envolvendo matéria escura com o modelo escolhido. / The existence of dark matter is sustained by the observation of its gravitational efects on ordinary matter. By studying these efects, with rotation curves and gravitational lensing measurements, it is possible to calculate the dark matter density necessary to cause them. Theoretical models were created to describe the observed behavior, however the nature of the constituent particles is still unknown. Determining the particles\' properties such as mass and cross section is fundamental for the understanding of the nature of its efects on baryonic matter. On the experimental scope, Cherenkov Telescopes measure the gamma radiation coming from the cosmo with an energy between GeV &#8212TeV making it possible for an interaction to have its final product detected in one of these experiments. In this dissertation, we present an analysis of dark matter concepts considering a specific model of WIMPs particles, represented by the neutralino. We studied dwarf spheroidal galaxies as possible gamma-ray flux sources originated from the neutralino annihilation. We reproduced the results on annihilation cross section of two important experiments for this particular field (VERITAS and MAGIC), validating the codes implemented. This was perfomed with the objective of understanding the calculus involved. We studied dwarf spheroidal galaxies observed by the FERMI-LAT experiment for which upper limits flux were determined. We used these measurements and extrapolated the energy spectrum to the one to be observed by CTA. With realistic sensitivity curves for a possible CTA configuration, we determined the potencial for a dark matter detection for 18 sources studied by FERMI-LAT. With the results obtained with the Observatory simulation, we were able to conclude which of these sources represent improvements for dark matter researches with the specific model described.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de metodologias cromatográficas para a análise de Bisfosfonatos em medicamentos acabados, matérias-prima e em fluidos biológicos utilizando Cromatografia Iônica com detecção Indireta no UV e detecção por Condutividade com Supressão de Eluente. No capítulo 1, descreve-se a pesquisa bibliográfica das propriedades farmacológicas dos BP´s, suas principais rotas sintéticas e sobre os métodos analíticos apresentados na literatura científica. No capítulo 2, foi descrito o desenvolvimento de um método para a determinação dos BP´s etidronato, clodronato, pamidronato e alendronato em matéria-prima e para medicamentos de alendronato, utilizando Cromatografia Iônica e detecção indireta no Ultravioleta. A metodologia foi validada e aplicada na análise de medicamentos contendo alendronato em comprimidos de referência e em comprimidos genéricos. No capítulo 3, descreve-se estudos visando a determinação de etidronado em plasma humano, utilizando Cromatografia Iônica Multidimensional com detecção indireta no Ultravioleta. No capítulo 4, foi desenvolvida outra metodologia para a determinação do BP´s etidronato, clodronato, pamidronato e alendronato em matéria-prima e em medicamentos contendo alendronato, utilizando Cromatografia Iônica e detecção por Condutividade com supressão de eluente. A metodologia foi validada e aplicada na análise de medicamentos contendo alendronato em comprimidos similares e em comprimidos manipulados. No capítulo 5, uma metodologia utilizando Cromatografia Iônica e detecção por Condutividade com supressão de eluente foi desenvolvida e validada para determinar clodronato em urina humana. / This work presents the development of chromatografic methodologies for analysis of Bisphosphonates in drugs, raw material and biological fluids using Ion Chromatography with indirect UV detection and conductivity detection with eluent suppression. In chapter 1, an extensive bibliographical research was accomplished in relationship to the pharmacological properties of bisphosphonates, their more important synthetic routes and about the analytical methods presented in the scientific literature. In chapter 2, the development of a method was described for the determination of BP´s etidronate, clodronate, pamidronate and alendronate in raw material and for alendronate tablets, using Ionic Chromatography with indirect UV detection. The methodology was applied to the analysis of medicines containing alendronate in both forms, generic and reference. In chapter 3, studies conducted to determinate etidronate in human plasma, using Multidimensional ionic chromatography with indirect UV detection are decribed. In chapter 4, a methodology developed for the determination of etidronate, clodronate, pamidronate and alendronate in raw material and for alendronate tablets using ionic chromatography and detection for conductivity with eluente suppression is described. The methodology was applied in the analysis of medicines with alendronate generic and reference. In chapter 5, a methodology using ion chromatography and detection for conductivity with eluente suppression was developed and validated to determine clodronate in human urine.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de metodologias cromatográficas para a análise de Bisfosfonatos em medicamentos acabados, matérias-prima e em fluidos biológicos utilizando Cromatografia Iônica com detecção Indireta no UV e detecção por Condutividade com Supressão de Eluente. No capítulo 1, descreve-se a pesquisa bibliográfica das propriedades farmacológicas dos BP´s, suas principais rotas sintéticas e sobre os métodos analíticos apresentados na literatura científica. No capítulo 2, foi descrito o desenvolvimento de um método para a determinação dos BP´s etidronato, clodronato, pamidronato e alendronato em matéria-prima e para medicamentos de alendronato, utilizando Cromatografia Iônica e detecção indireta no Ultravioleta. A metodologia foi validada e aplicada na análise de medicamentos contendo alendronato em comprimidos de referência e em comprimidos genéricos. No capítulo 3, descreve-se estudos visando a determinação de etidronado em plasma humano, utilizando Cromatografia Iônica Multidimensional com detecção indireta no Ultravioleta. No capítulo 4, foi desenvolvida outra metodologia para a determinação do BP´s etidronato, clodronato, pamidronato e alendronato em matéria-prima e em medicamentos contendo alendronato, utilizando Cromatografia Iônica e detecção por Condutividade com supressão de eluente. A metodologia foi validada e aplicada na análise de medicamentos contendo alendronato em comprimidos similares e em comprimidos manipulados. No capítulo 5, uma metodologia utilizando Cromatografia Iônica e detecção por Condutividade com supressão de eluente foi desenvolvida e validada para determinar clodronato em urina humana. / This work presents the development of chromatografic methodologies for analysis of Bisphosphonates in drugs, raw material and biological fluids using Ion Chromatography with indirect UV detection and conductivity detection with eluent suppression. In chapter 1, an extensive bibliographical research was accomplished in relationship to the pharmacological properties of bisphosphonates, their more important synthetic routes and about the analytical methods presented in the scientific literature. In chapter 2, the development of a method was described for the determination of BP´s etidronate, clodronate, pamidronate and alendronate in raw material and for alendronate tablets, using Ionic Chromatography with indirect UV detection. The methodology was applied to the analysis of medicines containing alendronate in both forms, generic and reference. In chapter 3, studies conducted to determinate etidronate in human plasma, using Multidimensional ionic chromatography with indirect UV detection are decribed. In chapter 4, a methodology developed for the determination of etidronate, clodronate, pamidronate and alendronate in raw material and for alendronate tablets using ionic chromatography and detection for conductivity with eluente suppression is described. The methodology was applied in the analysis of medicines with alendronate generic and reference. In chapter 5, a methodology using ion chromatography and detection for conductivity with eluente suppression was developed and validated to determine clodronate in human urine.

In this thesis we studied dark matter models with strong self-interactions, typically known as self-interacting dark matter (SIDM). This kind of models constitute a promising solution to the tension between small scale structure observations and predictions assuming the standard case of collisionless cold dark matter (CDM) while keeping the success of the standard cosmological model, LambdaCDM, at large scales. The presence of strong self-interactions can increase the dark matter capture and annihilation in astrophysical objects like our sun, enhancing the potential of indirect detection signals. We used the high energy neutrinos produced by such annihilations to probe SIDM models. We established strong constraints on SIDM with velocity independent cross section by comparing the expected neutrino signal with the results of the IceCube-79 dark matter search. Also, we determined the sensitivity for the IceCube-DeepCore and PINGU detectors for SIDM with a velocity dependent self-interacting cross section (vdSIDM). Most of its relevant parameter space can be tested with the three years of data already collected by IceCube-DeepCore, complementing results from direct detection experiments and other indirect detection studies. / Nesta tese investigamos modelos de matéria escura com auto-interações fortes, conhecidos tipicamente como matéria escura auto-interagente (SIDM). Este tipo de modelos constituem uma solução promissora à tensão entre as observações de estrutura a pequena escala e as previsões assumindo o caso padrão de matéria escura fria não colisional (CDM), enquanto se mantêm o sucesso do modelo cosmológico padrão, LambdaCDM, a grandes escalas. A presença de auto-interações fortes podem aumentar a captura e a aniquilação da matéria escura em objetos astrofísicos como o nosso sol, aumentando o potencial de sinais de detecção indireta. Usamos o sinal de neutrinos de alta energia produzidos por essas aniquilações para explorar modelos de SIDM. Estabelecemos fortes vínculos em modelos de SIDM com seção de auto-interação independente da velocidade comparando o sinal de neutrinos esperado com os resultados de busca de matéria escura do IceCube-79. Também, determinamos a sensibilidade dos detectores IceCube-DeepCore e PINGU para modelos de SIDM com uma seção de auto-interação dependente da velocidade (vdSIDM). A maior parte do espaço de parâmetros de interesse pode ser testado com os três anos de dados já coletados pelo IceCube-DeepCore, complementando os resultados de experimentos de detecção direta e outras an análises de detecção indireta.

Dark matter (DM), whose nature and interaction mechanisms are still an open issue, constitutes about 25 % of the Universe energy density. Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) are considered as strong candidates for particle DM and their search is conveniently carried out through the detection of gamma rays. The newly discovered ultra-faint dwarf spheroidal galaxies (dSphs), located in the vicinity of the Galaxy, exhibit high values of the mass to luminosity ratio, and are therefore considered as strongly dominated by DM. These objects are within reach of the Cherenkov Telescope Array (CTA), which is the future project for gamma-ray astronomy, with an better sensitivity (one order of magnitude) with respect to the current generation experiments. The main goal of the present work is the study of the sensitivity of CTA to WIMPs DM particles, by simulating the observation of the ultra-faint dwarf spherical galaxies Triangulum II, Reticulum II and Carina III, as well as of the classical dwarf galaxy Sculptor, for different annihilation channels, between 70 GeV and 100 TeV. The sensitivity curve in the WIMPs parameter space (velocity-averaged annihilation cross section < &sigma; &nu; > and DM mass mDM) was computed. We found that, within the sample of dwarf galaxies tested, Triangulum II is the most promising source, able to reach the thermal freeze-out values in the annihilation channel &tau;+&tau;- for only 50 hours of observation. Our result, the first estimation of the sensitivity for DM searches in ultra-faint dwarfs with CTA, is consistent with results from current generation experiments, showing better performance over an extended energy range. The limited sample of available stars in the targets induces uncertainties on the DM content. Future measurements, leading to a better understanding of the sources dynamic equilibrium, can improve this situation. Even so, the combination of the high DM content in the ultra-faint dwarf galaxies, together with the excellent expected performance of the future CTA, provides a promising result for indirect DM searches. / A matéria escura, cuja natureza e mecanismos de interação ainda estão em aberto, compõe 25% da densidade de energia do Universo. Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) apresentam-se como forte candidatas e sua busca é convenientemente conduzida através de raios gama. As recém descobertas galáxias esferoidais anãs ultra-fracas, situadas nos arredores da Galáxia, apresentam altos valores da razão entre massa e luminosidade, sendo portanto consideradas objetos fortemente dominados por matéria escura. Esses objetos estão ao alcance do Cherenkov Telescope Array (CTA), que é o futuro projeto da astronomia gama, com sensibilidade de uma order de grandeza melhor do que os experimentos atuais. O presente trabalho teve como objetivo estudar o potencial de detecção indireta de WIMPs através de raios gama com o futuro observatório CTA, observando as galáxias esferoidais anãs ultra-fracas Triangulum II, Retículum II e Carina III e a galáxia anã clássica Sculptor, para diferentes canais de aniquilação, entre 70 GeV e 100 TeV. A curva de sensibilidade no espaço de parâmetros livres de WIMPs (massa da partícula mDM e médida da seção de choque de aniquilação ponderada pela velocidade < &sigma; &nu; >) foi calculada. Nós encontramos que dentro da amostra de galáxias anãs testadas, Triangulum II é a fonte mais promissora, capaz de testar os valores térmicos no canal de aniquilação &tau;+&tau;- considerando apenas 50 horas de observação pelo CTA. Nosso resultado, a primeira estimativa da sensibilidade para busca de matéria escura em galáxias esferoidais anãs ultra-fracas com CTA, é consistente com resultados de experimentos da geração atual, e mostra um melhor desempenho em uma faixa de energia estendida. Os resultados são afetados pelas incertezas devido à pequena amostra de estrelas dos alvos escolhidos, que se reflete no conhecimento do conteúdo de matéria escura. Novas medidas podem ajudar a esclarecer essa situação. Ainda assim, a combinação de galáxias anãs ultra-fracas, aliada às melhorias do futuro CTA, apresenta-se como um passo muito promissor para buscas indiretas de matéria escura.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4811188 bytes, checksum: e6a9d4d69f963d42f294d99b19a7c9fb (MD5) Previous issue date: 2014-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Dark Matter (DM) is a key piece for our understanding of the universe evolution. Its existence has been confirmed by gravitational effects on the known matter, and we do not know its constitution just yet. The assumption that DM is composed of particles demands an extension of the Standard Model of Elementary Particles (SM). There are many experiments searching for neutral, stable, weakly interacting particles so called WIMPs, but no conclusive positive signal has been observed so far. That being said, we propose a Majorana fermion to be our DM candidate in one of the simplest minimal extensions of the SM, which adds to the scalar sector a neutral scalar that mixes to the Higgs boson. Further, we study another model which supplements the former by adding a charged scalar, which mediates interactions between the DM particle and leptons. In both models, we compute the relic density, the scattering cross section off nucleon (Direct Detection), and its annihilation rate in Standard Model particles (Indirect Detection) using the numerical package micrOMEGAs. In conclusion, we interestingly find that such models have regions of the parameter space yielding the right abundance while compatible with direct and indirect detection limits. Lastly, we investigate the possibility having the Majoron risen in our extensions as dark radiation in the light of the recent CMB spectrum analyses. / A Matéria Escura (ME) é uma peça fundamental para nosso entendimento sobre a evolução do universo. Sua existência foi confirmada pelos efeitos gravitacionais que exerce sobre a matéria que conhecemos e até hoje não sabemos sua constituição. Assumir que ela seja constituída de partículas implica na necessidade de estender o Modelo Padrão das Partículas Elementares (MP). Há vários experimentos buscando partículas neutras, estáveis e pouco interagentes conhecidas como WIMPs, mas até agora nenhum sinal positivo é conclusivo. Em vista disso, propomos um férmion de Majorana como candidato à ME em uma das extensões mais simples do MP, adicionando ao setor escalar um escalar neutro singleto que se mistura com o bóson de Higgs. Em seguida, estudamos outro modelo que acrescenta ao anterior um escalar carregado singleto mediando interações entre as partículas de ME e os léptons. Nos dois modelos, computamos a abundância relíquia, a seção de choque de espalhamento com nucleons (detecção direta) e a taxa de aniquilação de ME em partículas do MP (detecção indireta) usando o pacote numérico micrOMEGAs. Em conclusão, mostramos que esses modelos têm uma interessante região de parâmetros que fornece a abundância relíquia correta estando de acordo com os limites das detecções direta e indireta. Finalmente, investigamos a possibilidade de o majoron que aparece em nossas extensões ser radiação escura, à luz de recentes análises do espectro da radiação CMB.