Neste trabalho estuda-se a quantização de vários exemplos de teorias covariantes gerais do ponto de vista canônico e do ponto de vista do método de BRST. Os exemplos considerados são: partículas, bósons quirais, cordas nulas e membranas (e suas extensões supersimétricas). Demonstra-se para os exemplos estudados que é sempre possível obter teorias quânticas consistentes de ambos os pontos de vista. Apresentamos vários resultados mencionados a seguir: A) Propomos um procedimento para a quantização de bósons quirais baseado no método da raiz quadrada. O modelo possui uma estrutura tensorial de Lorentz explicita e permite quantizar consistentemente partículoas com spin superior em duas dimensões. B) Propomos uma nova corda nula com supersimetria local na superfície de evolução. Fazemos as formulações hamiltoniana e lagrangiana desta corda. Estes modelos de cordas são quantizados e demonstramos que as cordas nulas têm dimensões críticas 26 e 10 para os casos bosônicos e fermiônicos respectivamente. C) Propomos um modelo de p-branas nulas e as quantizamos via integral funcional. Obtemos uma expressão formal para o propagador destes objetos. O método proposto aqui poderia ser considerado como um ponto de partida para uma teoria de campos de p-branas nulas. Também propomos aqui um modelo de p-branas nulas supersimétricas e fazemos a formulação hamiltoniana deste modelo. D) Apresentamos um argumento que demonstra que o teorema de Fradkin-Vilkovisky é incompleto para quantizar teorias covariantes gerais. Propomos uma modificação deste teorema e obtemos expressões explícitas (e corretas) para os propagadores de partículas relativísticas (bosônicas e supersimétricas) e bósons quirais. / In this thesis, we study the quantization of several examples of the generally covariant theories using the canonical and the BRST methods. The examples studied are: particles, chiral bosons, null strings and null membranes (and their supersymmetric extensions). We show, for all the examples considered that it is always possible to obtain consistent quantum theories. We present several results: a) we propose a procedure to quantize chiral bosons based in the square root method. The resulting model has an explicit tensorial structure and it permits to quantize consistently particles with higher spin in two dimensions. B) We propose a new model of null strings with local supersymmetry in the world sheet. The null spinning string is constructed in the Lagrangian and the Hamiltonian formalism. The bosonic and fermionic null string are quantized and we shown that the critical dimensions are 26 and 10 respectively. C) We explore the path integral quantization of a null p-brane. A functional difusion equation is obtained for the free quantum propagator of these objects. Our method can be considered, probably, a first step in the formulation of the null p-brane field theory. Here, we present also a supersymmetric null p-branes model. d) We present an argument that shows that thw Fradkin-Vilkovisky theorem is incomplete to quantize generally covariant theories. We propose a modification of this theorem and we obtain explicit (and correct) expressions for the propagator of the bosonic relativistic particle, spinning relativistic particle and chiral bosons.

Este trabalho analisa de perto os efeitos da simetria quiral no fator de forma pion-nucleon onde o nucleon e estruturado como sendo um aglomerado de quarks constituintes confinados por meio de um potencial harmonico. O estudo e desenvolvido em etapas: primeiro estudamos a equivalencia entre a hipotese da supressao de pares e a simetria quiral num processo simples envolvendo pion, quark e uma particula escalar. Verificamos que, neste caso, nao ha equivalencia. A seguir construimos os vertices elementares quark-pion proprios, onde eliminamos a possibilidade de dupla contagem de particulas que existe quando empregamos os estados ligados de quarks para obter o potencial NN. Utilizamos estes vertices para construirmos os diagramas que descrevem a troca de um pion entre quarks de aglomerados distintos. Calculamos as amplitudes e realizamos a reducao para o limite nao-relativistico obtendo o potencial quark-quark. Aplicamos, entao, o potencial quark-quark na equacao de schrodinger que descreve o sistema de seis quarks na aproximacao de aglomerados para obtermos o potencial NN no espaco de configuracao. O fator de forma e obtido realizando-se a transformada de fourier do potencial NN e, assim, podemos verificar que a simetria quiral gera correcoes importantes. Alem desta analise, estudamos o metodo fock-tani aplicado ao caso onde os quarks trocam um pion entre si. / This work analyses very closely the chiral symmetry effects in the pion-nucleon form factor where the nucleon is constructed as a cluster, of three quarks confined by an harmonic potential. Chiral symmetry shows that the microscopic interactions between quarks and diquarks must be considered. The study is peformed step by step. First, we study the equivalence between the \"pair supression\" hypothesis and chiral symmetry in an elementary process with pion, quark and a scalar particle. In this case, our results show that the equivalence does not hold. Second, we obtain the form factor from the nucleon-nucleon potential expression applying a Fourier transformation on the potentia1 in coordinate space. The nucleon potential is obtained from the diagonalisation of the microscopic quark-quark potential using quark cluster bound state. The quark-quark potential is composed by one pion exchange between two quarks, quarks-diquarks and diquarks-diquarks. The processes are described by diagrams that are used to write relativistics amplitudes, then we reduce these amplitudes to the non-relativistic limit to find the potencial. In order to avoid double counting, we extract the particle part from diquark vertices. We also study the Fock-Tani method that is applied to the case with quark exchanges between clusters.

Três aplicações de campos escalares a cosmologias homogêneas e isotrópicas são apresenta- das, com motivações e resultados diversos. No primeiro caso, uma técnica de multiplicadores de Lagrange é usada para estabelecer vínculos físicos sobre os invariantes de curvatura possivelmente presentes na ação efetiva de baixas energias da teoria de cordas. Um modelo não-singular é obtido em um caso partícula, sugerindo uma possível correção na ação da gravitação compatível com as simetrias das cosmologias de cordas. Numa outra abordagem, é proposto um modelo fenomenológico não-singular baseado no decaimento do termo cosmológico. O modelo tem como principal característica uma passa- gem suave entre uma fase inflacionária do tipo de Sitter e uma fase com dinâmica do tipo Friedmann-Robertson-Walker. Como último exemplo é considerado um campo escalar acoplado termicamente ao fluido cósmico. Adotando um termo dissipativo específico, mas usual, é definido um espaço de parâmetros contendo as cosmologias com campos escalares mais comuns e o modelo padrão como casos particulares. As condições de rolamento lento são obtidas e é apresentado um modelo cosmológico simples para exemplificar o potencial heurístico dos parâmetros propostos. / Three applications of scalar fields to homogeneous and isotropic cosmologies are presented, with distinct motivations and resuIts. In the first case, a Lagrange multiplier technique is used in order to set physical constraints on the curvature invariants possibly present in the low energy effective action of string theory. In a particular case, a nonsingular model is obtained, suggesting a possible correction in the gra- vity action which is compatible to the symmetries of string cosmology. In another approach, a nonsingular model based on the decay of the cosmological term is pro- posed. The model has as a major feature a smooth transition between an inflationary de Sitter phase and a phase with FRW-type dynamics. As a last example, a scalar field thermally coupled to the cosmic fluid is considered. By adop- ting a specific but usual dissipative term, it is defined a parameter space encompassing the most common scalar field cosmologies, as well as the standard model, as limiting cases. Slow roll conditions are obtained and it is presented a simple toy model to illustrate the heuristic potential of the proposed parameters.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:32:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10681_Dissertação de Merielem Ludovico com folha de aprovação e ficha catalográfica.pdf: 4618177 bytes, checksum: e14828095f6907606e4bf3501070f1e4 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Este trabalho apresenta o estudo sobre aplicação de um jogo para abordar o tema Física de Partículas no Ensino Médio da Escola Néa Salles Nunes Pereira, localizada em Cariacica, Espírito Santo. Esse jogo de cartas, denominado Jogo de Cartas Quarks, foi elaborado e construído pela professora/pesquisadora com a colaboração dos alunos das turmas da referida professora. Na primeira etapa foi definido pela professora quais tabelas do livro Física Moderna dos autores Tipler e Llewellyn seriam utilizados para montar o primeiro protótipo do jogo. Assim foram definidos três quarks e suas antipartículas com seus respetivos números quânticos carga elétrica, número bariônico e spin que estavam agrupados na tabela, para serem representados nas cartas. Os testes quanto a forma de jogar foram realizados com os alunos, em aulas adicionais. Após os testes foi definido o número de cartas, cartas adicionais e o designer das cartas. Realizada a impressão em gráfica, as cartas foram utilizadas para introduzir conceitos de Física, em uma sequência de aulas com três módulos sobre o tema. Com os dados das atividades realizadas nessas aulas foi possível realizar a avaliação quanto as potencialidades desse jogo como ferramenta didática. Essa análise foi obtida utilizando a tipologia de aprendizagem segundo Zabala, ao qual analisa os conhecimento adquiridos pelos alunos quanto aos aspectos cognitivos, procedimentais e atitudinais. Foi possível verificar que o jogo de Cartas Quarks trouxe maior compreensão sobre os conceitos de Física de Partículas. Observou-se também que o jogo trouxe outras aprendizagem como o conhecimento do jogo, o respeito as regras, a interação entre os alunos e a cooperação. Aspectos relacionados a emoção, como a satisfação, foram também observados durante as partidas com o jogo. Assim, é possível verificar as potencialidades dos jogos como ferramentas didáticas, principalmente para abordagem de temas de difícil compreensão.

Na primeira parte do trabalho estudamos a produção de léptons pesados através do mecanismo de fusão de glúons, assumindo a extensão supersimétrica mínima do modelo padrão. Nós mostraremos que para altos valores de tan a seção de choque é aumentada em relação ao modelo padrão, o que acarreta um número grande de eventos, permitindo extrair o sinal de background. Na segunda parte nós estudamos os sinais dos leptoquarks vetoriais em aceleradores E+ E- através de seus efeitos sobre a produção de um par de jatos, assim como sua produção isolada e sua produção em pares. Por último investigamos a produção de leptoquarks vetoriais em aceleradores hadrônicos, bem como sinais indiretos de existência destas partículas. / In the first parto f the work, we study the production of heavy lepton assuming the minimal supersymetric standard model. We show that for large values of tan , the cross-section is enhanced in comparison with standard model, and that it is possible to have a large number of events, allowing to extract the signal from the background. In the second part we study the signal for composite vector leptoquarks in E+ E- colliders (LEP II, NLC and CLIC) trough their effects on the production of jet pairs, as well as their single and pair productions. Finally we investigate a production of vector leptoquarks in pp(pp) colliders, as well as indirect signals for existence of these particles.

Neste trabalho estudou-se a fenomenologia da observação de novos bósons vetoriais com massa da ordem de 1 TeV no LHC. Em particular, a análise foi feita para um bóson vetorial neutro que se acopla com os bósons carregados do Modelo Padrão e esses bósons decaem hadronicamente deixando uma assinatura com jatos no detector. Esse tipo de sinal possui um enorme fundo de QCD devido ao ambiente hadrônico intrínseco ao LHC, de maneira que o uso de técnicas de análise de subestrutura de jatos se tornam indispensáveis. A motivação do trabalho vem dos modelos com dimensões extras curvas que possuem torres de Kaluza-Klein de novos bósons de gauge. Estes são responsáveis por garantir a unitariedade nos espalhamentos dos bósons vetoriais do MP, estudamos em especial a primeira excitação do \'Z POT. 0\', o bóson \'Z POT. 1\'. Na análise fenomenológica vericamos que o LHC possui um grande potencial de descoberta e exclusão dessas classes de modelos além do MP. Para tanto estudamos o sinal pp -> \'Z POT. 1\' -> WW -> jatos e os processos do MP do tipo pp -> jatos, com pelo menos dois jatos na janela de massa do W. Vericamos que para um \'Z POT. 1\' de largura \'M IND. z \'IND. 1\'/10, com massa da ordem de 1 TeV e acoplamentos da ordem de \'10 POT. 3\' vezes menores que os acoplamentos do MP é possível observá-lo no LHC com 30 \'fb IND. -1\' de luminosidade integrada com 14 TeV de energia no centro de massa. / In this work we present a phenomenological study of the observation of new vector bosons with mass around 1 TeV at the LHC. We analyse a neutral vector boson that couples to the charged bosons of the Standard Model and this bosons decay hadronically leaving a multiple jets signature on the detector. This kind of signal has an enormous QCD background due to the hadronic enviroment of the LHC, making the analysis of jet substruture indispensable. The motivation for this work comes from warped extra dimensions models, wich have Kaluza-Klein towers of new gauge bosons. These are responsable for assuring the unitarity of the vector bosons scatterings in the SM. We studied the first excitation of the Z0 bosons, the Z1 boson. We veried that the LHC has a great potential of discovery or exclusion for this classes of theories beyond the SM. For the analysis, we studied the process pp -> Z1 -> WW -> jets and the background processes of the SM of the type pp -> jets, with at least two jets in the W mass window. We veried that for a Z1 with width MZ1/10 , mass of O(1 TeV) and couplings 10^3 times more weakly than those of the SM, it is possible to observe it in the LHC with 30 fb-1 of integrated luminosity in the 14 TeV run.

Neste trabalho estudamos a influência dos efeitos da saturação de pártons nas seções de choque totais próton-próton e próton--antipróton ($pp(\\bar{p})$), a seção de choque inelástica próton-Ar ($p-Ar$) e fazemos uma previsão para as seções de choque total e inelástica próton-chumbo ($p-Pb$). Para todos estes cálculos e previsões utilizamos duas abordagens completamente distintas onde os efeitos da saturação ou são incluidos nas distribuições de pártons da componente perturbativa de um modelo de minijatos eiconalizado ou são introduzidos através de modelos fenomenológicos com inspiração não-perturbativa, em uma região de momento transversal abaixo da chamada escala de saturação. Embora em cada uma das abordagens utilizadas os resultados não sejam muito distintos, podemos verificar que os efeitos da saturação de pártons conduzem a um crescimento dessas seções de choque mais moderado com a energia da reação e que a inclusão desses efeitos permite uma descrição bastante satisfatória e simultânea dos dados experimentais existentes em colisões próton-próton e próton-Ar. Essas são as principais conclusões deste trabalho. / In this work we study the influence of the parton saturation effects on the proton-proton and proton-antiproton ($pp(\\bar{p})$) total cross sections, the inelastic proton-Air ($p-Air$) cross section and we make a prediction for the proton-Plumbum ($p-Pb$) total and inelastic cross sections. For all these calculus and predictions we use two completely distinct approaches, where the parton saturation effects or are included in the parton distribution functions on the perturbative component of a eikonalized minijet model or are included through of phenomenologic models with non-perturbative inspiration in a region of transversal momentum below of the called saturation scale. Although in each of the approaches used the results aren\'t very distincts, we can verify which the parton saturation effects leads to a more moderated rise of these cross sections with the reaction\'s energy and which the inclusion of these effects permit a very satisfactory and simultaneous description of the experimental data of the proton-proton and proton-Air collisions. These are the main conclusions of this work.

Nesta tese apresentamos rapidamente o Modelo Cosmológico Padrão, suas dificuldades e algumas tentativas de contorna-las com alguns Modelos Inflacionários conhecidos. Calculamos ainda soluções analíticas das funções beta do gráviton, na aproximação de dois loops, soluções estas com temperatura de Hagedorn que admitem uma interpretação muito conveniente da parte compactificada do espaço-tempo. A nível de especulação essas soluções nos permitem identificar a tensão na corda com a constante cosmológica na fase de Planck. Finalmente, partindo de uma ação efetiva para cordas, incluindo apenas o gráviton e o dílaton, obtemos um sistema de equações que, sob o Ansatz do tipo Robertson-Walker, descrevem, numericamente, um Universo Inflacionário na região de Planck que não depende de modo detalhado de uma auto-interação para dílaton. / In this thesis, we quickly present the Standard Cosmological Model, its difficulties and some attempts to overcome them with known Inflationary Models. We calculate in addition the analytical solutions of the graviton beta-function, at the 1-loop level, in terms of Hagedorns temperature, which admit a very convenient interpretation of compactified part of space-time. We speculate that these solutions allow us to identify the string tension with the cosmological constant in the Planck phase. Finally, starting from an effective action for the strings, and including only the graviton and the dilaton, we find a system of equations which, under an Ansatz of Robertson-Walker type, describe numerically an Inflationary Universe in the Planck region, which is independent of the details of dilaton self-interaction.

Estudamos duas teorias nas quais o termo de Einstein, R -9 , encontra-se ausente da lagrangeana original do problema e é gerado através de mecanismo de quebra espontânea de simetria. Na primeira delas e introduzido um campo escalar, que e o responsável pelo fenômeno de quebra de simetria. Na segunda, não há campo escalares: a quebra de simetria aparece como um efeito dinâmico. / We study two theories in which the Einstein term, R -9, is not present in the original lagrangian. This term is created by a spontaneous broken symmetry mechanism. In the first theory, there is a scalar field through which the breaking of symmetry occurs. In the second one, there is no scalar field. The symmetry is dynamically broken.

Este trabalho estuda o comportamento de algumas teorias de campos quando a temperatura não é nula. O comportamento infravermelho destas teorias é, em alguns casos, extremamente complicado. No contexto da aproximação ladder, estudamos o cancelamento das divergências infravermelhas para a pressão na teoria escalar com acoplamento 3 e na teoria de Yang-Mills. Nós provamos que as divergências infravermelhas destas teorias que aparecem na série perturbativa se cancelam na aproximação ladder. As massas térmicas que são de fundamental importância para a compreensão destes comportamentos são também estudadas no contexto da gravitação. Nós calculamos algumas propriedades do tensor de polarização do gráviton, em particular calculamos a massa de Jeans que descreve a instabilidade da teoria a temperatura finita. / This work studies the behaviour of some fields theories with non-zero temperatures. The infrared behaviour of these theories is, in some cases, quite complicated. In the context of the ladder approximation, we study the cancellation of infrared singularities of the pressure of the scalar theory with a 3 coupling and of the Yang-MilIs theory. We prove that the infrared divergencies of these theories that appear in the perturbative expansion cancels out in the ladder approximation. The thermal masses, which are of fundamental importance to understand these behaviours are also studied in the context of gravity. We derive some properties of the graviton\'s propagator, in particular, we have calculated the Jeans\' mass which describe the instability of this theory at finite temperature.