Os plasmas frios tem sido largamente utilizados em processosde corrosao e deposicao de materiais em diversas areas tecnologicas. O entendimento dos mecanismos fisico-quimicos determinantes desses processos e sempre procurado para melhorar a qualidade e eficiencia dos mesmos. Esses mecanismos sao fortemente dependentes das propriedades dos plasmas utilizados, sendo portanto, sempre necessario proceder-se uma caracterizacao das propriedades macroscopicas e microscopicas com vistas a oferecer uma descricao mais clara do processo de interacao do plasma com a superficie material sob processo. Neste trabalho uma camara dupla foi especialmente construida para formacao simultanea de dois plasmas. Em uma delas - em pirex - foi produzido um plasma excitado por acoplamento indutivo de radio fraquencia (plasma fonte) de maneira a operar tanto no modo E quanto no modo H. Este plasma difunde-se para o interior de uma segunda camara, metalica, a qual possui imas permanentes distribuidos na superficie, dando origem a um plasma quiescente sob confinamento multidipolo magnetico (plasma alvo). Estudaremos os parametros basicos destes plasmas, como exemplo, potencial de plasma, temperatura e densidade de eletrons. O comportamento destes parametros com a pressao de trabalho, posicao da sonda no interior da camara e potencia eletrica sera investigado e interpretacoes serao apresentadas com base nos mecanismos de descarga RF. Tais parametros serao determinados atraves da tecnica de sonda de Langmuir autocompensada.Atraves de valores experimentaisdas variaveis eletricas da bobina de inducao (tensao, corrente e defasagem entre as mesmas) foi possivel determinar os parametros eletromagneticos (campo eletrico, campo magnetico, densidade de corrente, densidade de potencia e condutividade) da descarga utilizando-se o metodo sugerido por J.W. Denneman. Neste modelo a descarga e considerada um transformador cujo primario e a bobina de inducao (5 voltas) da descarga, e o secundario e o plasma produzido,o qual e equivalente a uma bobina de apenas uma volta. Posteriormente, foi feita uma analise espectral do plasma atraves de uma sonda magnetica (bobina de Rogowski).

Nós apresentamos nessa tese uma nova formulação, para estudar colisão de pósitrons de baixa energia com moléculas, baseado no Método Multicanal de Schwinger (SMC), que foi anteriormente adaptado para espalhamento entre elétrons de baixa energia com moléculas. Nós preservamos algumas características que são importantes no SMC para elétrons, tais como: capacidade de lidar com espalhamento eletronicamente inelástico e aplicabilidade a alvos moleculares de geometria arbitrária. Nossa implementação também permite incluir um substancial número de canais eletronicamente fechados para representar os efeitos da polarização, que são muito importante em estudos de colisão a partículas incidente possue baixa energia. Como uma primenra aplicação, para ilustrar com a qual a polarização é representada nessa nova formulação, nós calculamos seções de choque diferenciais e integrais eláticas para colisões e+ - H2 e e+ - CH4.

Apresentamos neste trabalho a primeira aplicação da formulação multicanal de Schwinger para colisões inelásticas de elétrons de baixa energia com um alvo poliatômico com geometria não linear. Seções de choque elásticas e de excitação do estado mais baixo 8T2 do CH4 são obtidas para energias de colisão de 12, 15, 20 e 30eV. Para a energia de impacto de 20eV, calculamos também seções de choque de excitação do estado singleto 1T2. As seções de choque elásticas concordam de forma bastante razoável com os dados experimentais disponíveis. Para o caso inelástico, discutimos uma possível comparação entre nossos resultados e dados experimentais obtidos por espectroscopia de perda deenergia, os quais não são resolvidos eletrônicamente.

Neste trabalho foi produzido um plasma através da focalização da radiação de um laser CO2-TEA pulsado sobre um alvo sólido de ferro, colocado no interior deuma câmara de vácuo. Apresentamos resultados experimentais referentes às medidas de temperatura de íons, temperatura de elétrons, densidade de elétrons e velocidade de expansão do plasma. Utilizou-se a técnica de sonda de Langmuir para medida da densidade e temperatura de elétrons. Um analisador eletrostático multi-grade foi especialmente construído para a medida da função de distribuição de energia de íons. A velocidade de expansão do plasma foi inferida a partir do tempo de vôo do plasma. É mostrado que os resultados experimentais são consistentes com um modelo de expansão livre de um plasma em vácuo.

Foi desenvolvido um canhão pulsado para a produção de feixe de eletrons, que utiliza arco de vapor metálico como fonte de partículas carregadas. Observou-se um feixe de eletrons com energia de 100 KeV e 100 A de valor de pico de corrente. O sistema utiliza um gerador Marx para produção do impulso de alta voltagem, necessário para ignição da descarga e aceleração do feixe de eletrons. Evidências de que ocorre emissão por campo na fase de pré-ruptura são relatadas. A energiamáxima do feixe foi determinada através da utilização de um cintilador plástico, absorvedores de alumínio e de uma fotomultiplicadora. Resultados preliminares indicam uma energia máxima de eletrons de aproximadamente 100 KeV, como esperado.

A combustão assistida a plasma é uma área de pesquisa que desperta grande interesse nos setores acadêmico e industrial devido às novas possibilidades de reações químicas e perspectivas de aplicação. Entre as aplicações, a geração de gases ricos em hidrogênio, seja para produção de insumos químicos ou para utilização em diferentes geometrias de combustores, tais como os sistemas RQL (rich-quenching-lean), tem recebido grande destaque. Neste trabalho, a combustão assistida a plasma gerado por descarga de arco deslizante em mistura de ar e gás natural para produção de gases ricos em hidrogênio foi realizada com o intuito de investigar os processos básicos ocorridos tanto no plasma quanto na combustão. Para tanto, foram realizadas medidas elétricas da descarga em ar e análises químicas da combustão assistida a plasma utilizando as técnicas de espectroscopia óptica de emissão e espectrometria de massa em experimentos conduzidos na faixa de razão de equivalência entre 0,4 e 3,0 com potências aplicadas entre 160 e 400 W. Para avaliar a evolução da descarga, assim como a formação e a estrutura da chama foram realizadas medidas com uma câmera de alta velocidade para uma razão de equivalência de 1,4 e potência aplicada de 236 W. Observou-se que os limites de inflamabilidade são aumentados com a utilização da descarga elétrica, podendo ser estendidos até 2,2 dependendo da potência aplicada. As análises químicas demonstram que a reatividade do processo, associada ao consumo de reagentes, é maior quando ocorre a formação de chama, sendo maior ainda próxima da estequiometria. No entanto, a produção de hidrogênio é maior fora dos limites de inflamabilidade. Estes resultados, correlacionados com os efeitos que levam à intensificação da chama pela assistência do plasma, indicam que o hidrogênio gerado devido a processos de descarga é queimado na chama, facilitando a ignição da mistura e aumentando a liberação de energia na combustão.

Debido a la generalidad de su formulación, las fases geométricas han sido objeto de constantes investigaciones en áreas muy diversas y han llevado a muchos desarrollos, tanto en aplicaciones como en trabajo teórico. Esta tesis se incluye dentro de las investigaciones experimentales y se enfoca en las fases geométricas que aparecen al manipular el grado de libertad de polarización. Se divide en dos partes. La primera se centra en los aspectos teóricos esenciales que definen y relacionan los estados mixtos de polarización con la luz láser parcialmente polarizada, y en las propiedades de las fases geométricas que aparecen en los primeros. La segunda parte presenta dos arreglos experimentales, uno que genera estados polarización y uno que permite medir la fase geométrica adquirida por dichos estados después de alguna evolución unitaria. El primero otorga un control casi arbitrario del estado de polarización de la luz láser que deja el arreglo y, con una ligera modificación, puede utilizarse en fotones individuales con casi idéntica efectividad. El segundo utiliza al primero para generar estados mixtos de polarización y luego los somete a distintas evoluciones. Las fases geométricas adquiridas son entonces determinadas mediante su relación con las fases de Pancharatnam correspondientes, que son cantidades directamente observables. Si bien hubo casos en los que la fase no se pudo determinar debido a su sensibilidad a errores experimentales, en aquellas mediciones en las que se pudo obtener un valor experimental este se ajustó muy bien a la predicción teórica. / Tesis

El Modelo Estándar describe todas las partículas observadas en la naturaleza hasta el momento así como las características que gobiernan a las interacciones fundamentales entre ellas. En especial es posible identificar a las interacciones electromagnética y débil, las cuales bajo determinadas condiciones de temperatura y energía pueden ser descritas a través de una sola teoría que engloba a ambas. A esta teoría se le denomina electrodébil y tiene como finalidad caracterizar las propiedades de la interacción manifiesta a partir de la mezcla de las interacciones electromagnética y débil, la que también lleva como nombre interacción electrodébil. Particularmente, los neutrinos son de especial inter es ya que, por un lado, interactúan por medio de la interacción débil muy raramente en comparación con otras partículas y, por el otro, no son acertadamente descritos por el Modelo Estándar. Por medio de observaciones experimentales que demostraban que los neutrinos cambian de sabor al propagarse, fenómeno llamado oscilaciones de neutrinos, se pudo llegar a la conclusión de que la implicancia de este fenómeno da como consecuencia que los neutrinos efectivamente sí tienen masa, algo que entra en contradicción con la descripción inicial del Modelo Estándar, el cual los describe como partículas sin masa. Es de esta manera que las oscilaciones de neutrinos han sido y siguen siendo en la actualidad objeto de interés en la Física de Altas Energías tanto teórica como experimental. A fin de poder realizar mediciones precisas de oscilaciones de neutrinos, los experimentos encargados de estas mediciones deben tratar de reducir sus incertidumbres en lo posible. Una de estas proviene de la caracterización de las secciones de choque de los neutrinos cuando interactúan con la materia, particularmente los nucleones al interior de los núcleos atómicos. El experimento MINERVA está orientado, entre otras cosas, a hacer una correcta caracterización de secciones de choque neutrino-nucleón por medio del estudio de un tipo específico de interacción denominada corriente cargada, cuyas partículas de estado final incluye hadrones y, principalmente, muones. La precisión en los resultados de secciones de choque está sujeta a que la energía y el momentum estos muones sean, a su vez, correctamente caracterizados, incluyendo sus incertidumbres sistemáticas. El objetivo de este trabajo de tesis es precisamente presentar la metodología usada para medir las energías de los muones producidos por interacciones de neutrinos y sus correspondientes incertidumbres asociadas a dicha medición. / Tesis

Orientador: Deuber Lincon da Silva Agostini / Banca: Luciano Gonsalves Costa / Banca: Pedro Henrique Benites Aoki / Resumo: O presente trabalho aborda um conjunto de atividades experimentais com materiais de fácil manuseio, recicláveis e de baixo custo, baseados em uma abordagem de Teaching-Learning Sequence (TLS) ou Sequência de Ensino-Aprendizagem com enfoque intervencionista inspirada na investigação educacional. Utilizando para isso metodologias problematizadoras, visando o entrelaçamento científico e a perspectivas dos alunos sendo estes os protagonistas do seu conhecimento, fazendo a montagem e realizando as atividades experimentais, tendo o professor como mediador, orientando e explicando aos alunos em todo o processo. Além de abordar algumas atividades experimentais, mostrando como são realizadas as montagens dos experimentos e os objetivos a serem atingidos, trazemos um roteiro e uma sequência de como acreditamos que devemos abordá-las em sala de aula. Após a finalização dos experimentos, a análise dos resultados e a validação da aprendizagem, verificou-se, claramente, os progressos obtidos na aprendizagem da Física, com resultados bastante satisfatórios. As atividades aqui propostas podem ser utilizadas e redesenhadas pelo professor, de acordo com o nível de ensino e do conhecimento de seus alunos / Abstract: This study approaches a set of experimental activities with easy-handling, recyclable, low-cost materials, based on a Teaching-Learning Sequence (TLS) approach, with interventionist focus inspired by educational investigation. Using problematizing methodologies, aiming scientific intertwining and also the students' perspective, with the students being the protagonists regarding their own knowledge creating and performing experimental activities, the teacher being a mediator, guiding and detailing with the whole process. Besides approaching some experimental activities, showing the way the experiments are prepared and the goals to be met, we bring guidelines and a sequence indicating how these activities should be approached in the classroom. After completion of the experiments, the analysis of the results and verification of learning, it was clearly verified progress acquired in learning physics with very satisfactory results. The activities proposed here can be used and adapted by teachers, according to the education level and knowledge of their students / Mestre

The work in this thesis is focused on the complex dynamics of semiconductor laser (SL) devices which receive time-delayed feedback from an external cavity or are delay-coupled with a second semiconductor laser. We investigate fundamental properties of the dynamics and study the utilization of transient complex dynamics of a single SL arising from delayed feedback and external signal injection for a neuro-inspired photonic data processing scheme. Based on experiments and numerical modelling, we investigate systems of two coupled SLs, gaining insights into the role of laser and coupling parameters for the synchronization characteristics of these systems. We link certain features of the synchronization dynamics, like intermittent desynchronization events, to the underlying nonlinear dynamics in the coupled laser system. Our research thus combines both fundamental insights into delay-coupled lasers as well as novel application perspectives.