There are hints coming from some scenarios of modern String and Quantum Gravity theories that Lorentz invariance may not be an exact symmetry of Nature. The study of Lorentz violating theories therefore provides an insight into ultraviolet physics. We employ the Effective Field Theory technique to study the most general extension of the Standard Model and its Supersymmetric modifications with Lorentz-violating interactions of mass dimension five. We provide a complete classification of the interactions in these theories and determine a typical experimental sensitivity to the size of Lorentz violation. A detailed study of the operators that induce CPT-odd Electric Dipole Moments is performed and it is shown that they yield an independent constraint on Lorentz violating physics. We provide an application of Lorentz violating physics to the problem of generation of baryon asymmetry of the universe. A scenario of Leptogenesis driven by CPT-odd interactions is considered and confronted with experimental constraints on Lorentz-violating physics.

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse étudient la vitesse des neutrinos mesurée par l’expérience OPERA sur le faisceau CNGS au CERN. Divers modèles théoriques de gravité quantique et d’extra-dimensions prévoient des effets importants sur la violation de la conservation de Lorentz qui serait observable par la mesure de la vitesse des neutrinos. L’expérience MINOS a publié en 2007 une mesure de la vitesse des neutrinos muoniques sur une distance de 730 km avec un écart par rapport à celui de la lumière de 126 ns avec une erreur statistique de 32 ns et une erreur systématique de 64 ns. L’expérience OPERA détecte également des neutrinos muoniques ayant parcourut 730 km avec une sensibilité significativement meilleure que MINOS grâce à une statistique plus élevée due à l’énergie plus élevée du faisceau et à le système de synchronisation entre OPERA et le faisceau CNGS beaucoup plus sophistiquée et modifié dans le but de réduire l’erreur systématique. Ce système est composé par des horloges au césium et de récepteurs GPS spéciaux fonctionnant en common view mode. Le tout permet un time transfer entre les deux sites précis à l’ordre de 1 ns. Un système d’échantillonnage à 1 GHz (fast waveform digitizer) capable de reconstruire la distribution temporelle des protons envoyés sur la cible du CNGS a été intégré au système existant de mesure du faisceau CNGS. Le résultat consiste en la mesure de la vitesse des neutrinos produits artificiellement avec la précision la plus élevée jamais atteinte: le temps de vol des neutrinos a été déterminé avec une incertitude statistique d’environ 10 ns et une incertitude systématique plus petite de 20 ns. / The thesis concerns the measurement of the neutrino velocity with the OPERA experiment in the CNGS beam. There are different theoretical models that allow for Lorentz violating effects which can be investigated with measurements on terrestrial neutrino beams. The MINOS experiment published in 2007 a measure on the muon neutrinos over a distance of 730 km finding a deviation with respect to the expected time of flight of 126 ns with a statistical error of 32 ns and a systematic error of 64 ns. The OPERA experiment observes as well muon neutrinos 730 km away from the source, with a sensitivity significantly better than MINOS thanks to the higher number of interactions in the detector due to the higher energy beam and the much more sophisticated timing system explicitly upgraded in view of the neutrino velocity measurement. This system is composed by atomic cesium clocks and GPS receivers operating in “common view mode”. Thanks to this system a time-transfer between the two sites with a precision at the level of 1 ns is possible. Moreover, a Fast Waveform Digitizer was installed along the proton beam line at CERN in order to measure the internal time structure of the proton pulses that are sent to the CNGS target. The result on the neutrino velocity is the most precise measurement so far with terrestrial neutrino beams: the neutrino time of flight was determined with a statistical uncertainty of about 10 ns and a systematic uncertainty smaller than 20 ns.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho investigaremos a relaÃÃo da violaÃÃo da simetria de Lorentz com a anisotropia da radiaÃÃo cÃsmica de fundo. Exporemos o desenrolar da compreensÃo do Big Bang e tambÃm da radiaÃÃo em questÃo e mostraremos o seu significado e a sua natureza. Mostraremos as definiÃÃes de simetria de Lorentz e de violaÃÃo da simetria de Lorentz. Usaremos o modelo Bumblebee para lidar com os termos que violam essa simetria e mostraremos quais termos serÃo utilizados. Desenvolveremos uma equaÃÃo de Einstein modificada atravÃs da variaÃÃo, com respeito à mÃtrica, da aÃÃo de Einstein-Hilbert com os termos de Bumblebee adicionados, pois sÃo os termos que violam a simetria de Lorentz. Usaremos essa equaÃÃo desenvolvida para fazer uma anÃlise perturbativa. Usaremos a mÃtrica de Friedmann-LemaÃtre-Robertson-Walker, por ser uma mÃtrica isotrÃpica, e introduziremos uma perturbaÃÃo em cada direÃÃo da parte espacial da mÃtrica em questÃo para tornÃ-la anisotrÃpica. Por fim, apresentaremos um conjunto de quatro equaÃÃes diferenciais lineares acopladas (com as perturbaÃÃes como variÃveis) que relacionam as perturbaÃÃes propostas com o campo de Bumblebee. / Neste trabalho investigaremos a relaÃÃo da violaÃÃo da simetria de Lorentz com a anisotropia da radiaÃÃo cÃsmica de fundo. Exporemos o desenrolar da compreensÃo do Big Bang e tambÃm da radiaÃÃo em questÃo e mostraremos o seu significado e a sua natureza. Mostraremos as definiÃÃes de simetria de Lorentz e de violaÃÃo da simetria de Lorentz. Usaremos o modelo Bumblebee para lidar com os termos que violam essa simetria e mostraremos quais termos serÃo utilizados. Desenvolveremos uma equaÃÃo de Einstein modificada atravÃs da variaÃÃo, com respeito à mÃtrica, da aÃÃo de Einstein-Hilbert com os termos de Bumblebee adicionados, pois sÃo os termos que violam a simetria de Lorentz. Usaremos essa equaÃÃo desenvolvida para fazer uma anÃlise perturbativa. Usaremos a mÃtrica de Friedmann-LemaÃtre-Robertson-Walker, por ser uma mÃtrica isotrÃpica, e introduziremos uma perturbaÃÃo em cada direÃÃo da parte espacial da mÃtrica em questÃo para tornÃ-la anisotrÃpica. Por fim, apresentaremos um conjunto de quatro equaÃÃes diferenciais lineares acopladas (com as perturbaÃÃes como variÃveis) que relacionam as perturbaÃÃes propostas com o campo de Bumblebee.

Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-12-04T14:44:31Z No. of bitstreams: 1 João Andrade..pdf: 3163183 bytes, checksum: 0c7d19f31b8e570d13e85b371ea43554 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-04T14:44:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 João Andrade..pdf: 3163183 bytes, checksum: 0c7d19f31b8e570d13e85b371ea43554 (MD5) Previous issue date: 2017-02-22 / CAPES. / For the recent years, there has been a growing interest in Lorentz-violating theories. Studies have been carried out addressing the inclusion of Lorentz-violating terms into the Standard Model (SM). This has led to the development of the Standard Model Extension (SME), which is a framework containing modifications that are power-counting renormalizable and consistent with the gauge structure of the SM. More recently, a nonminimal version of the SME was developed for the photon, neutrino, and fermion sector additionally including higher-derivative terms. One of the new properties of this nonminimal version is the lost of renormalizability. In this work, we study the main aspects of a modified Dirac theory in the nonminimal Standard-Model Extension. We focus on two types of operators namely, pseudovector and two-tensor operators. These two operators display an unusual property; they break the degeneracy of spin. This new property becomes manifest in providing two di erent dispersion relations, one for each spin projection. To solve the Dirac equation modified by those operators, we introduce a new method that was suggested by Kostelecký and Mewes in a recent research paper. This method allows to block-diagonalizing the modified Dirac equation and, thus, permits us to obtain the spinors. The objectives of the current work are as follows. First, we will review the main concepts for understanding the SME. Second, we will introduce how to extend the minimal fermion sector to the nonminimal one. Third, we will describe the method that block-diagonalizes the modified Dirac equation and we will compute the field equations. And,finally, we will get the exact dispersion relations and the spinor solutions for operators of arbitrary mass dimension. / Nos últimos anos, houve um aumento significativo no interesse em teorias que violam a simetria de Lorentz. Estudos têm sido realizados na tentativa de incluir termos que violam a simetria de Lorentz no Modelo Padrão (MP). Esta tentativa culminou no surgimento do chamado Modelo Padrão Estendido (MPE). Este modelo contempla todas as possíveis modificações que são consistentes com as propriedades já bem estabelecidas, tais como renormalizabilidade e a estrutura de gauge do MP. Mais recentemente, uma versão não-mínima do MPE foi desenvolvida para os setores dos fótons, neutrinos e para os férmions. Esta versão não-mínima caracteriza-se pela presença de altas derivadas. Uma das novas propriedades nesta versão não-mínima é a perda da renormalizabilidade. Neste trabalho, estudamos os principais aspectos da teoria de Dirac modi cada no MPE não-mínimo. Nós nos concentramos em dois tipos de operadores a saber, operadores pseudovetoriais e tensoriais. Estes dois operadores exibem uma propriedade incomum, eles quebram a degenerescência de spin. Esta nova propriedade manifesta-se, por exemplo, na presença de duas relações de dispersão diferentes, uma para cada projeção do spin. Para resolver a equação de Dirac modi cada por esses operadores, introduzimos um novo método que foi sugerido por Kostelecký e Mewes em um trabalho recente. Este método permite bloco-diagonalizar a equação de Dirac modi cada e, assim, nos fornece uma nova maneira de obter os espinores. Os objetivos do presente trabalho são os seguintes. Primeiro, iremos rever alguns conceitos essenciais para o entendimento do MPE. Segundo, apresentaremos a extens ão do setor fermiônico mínimo para o não-mínimo. Terceiro, descreveremos o método que bloco-diagonaliza a equação de Dirac modi cada e calcularemos as equações de campo. Por fim, calcularemos as relações de dispersão exatas e as soluções espinoriais para cada configuração não-mínima dos operadores citados.