O impacto que estruturas algébricas podem exercer em teorias físicas e bem ilustrado pela Mecânica Quântica, onde os números complexos são inquestionavelmente a escolha mais adequada para desenvolver a teoria. A Relatividade Geral pseudo-complexa avalia a possibilidade da interação gravitacional assumir sua descrição mais natural quando construída tendo como base os números pseudo-complexos, que consistem em uma das três possibilidades de números complexos abelianos com uma unica unidade imaginária. Esse conjunto numérico e dotado de elementos não nulos cujo produto e zero, tais números recebem o nome de zeros generalizados ou divisores de zero. A presença de zeros generalizados permite a introdução de um princípio variacional modificado do qual um termo adicional, ausente na Relatividade Geral, emerge nas equações de campo. Esse termo adicional e interpretado como uma energia escura, cuja origem física está relacionada com flutuações no vácuo. A inclusão desse efeito e legítima pois flutuações no vácuo a priori devem gravitar como qualquer outra forma de energia. Das equações de campo podemos resumir a principal ideia conceitual da teoria, na Relatividade Geral pseudo-complexa massa não apenas curva o espaçotempo como também e capaz de alterar a estrutura do espaço-tempo ao redor da massa. As diferenças com relação a Relatividade Geral se manifestam em situações físicas extremas, no regime de campos gravitacionais intensos. Como aplicação analisamos sob o ponto de vista teórico um objeto compacto exótico composto por matéria escura fermiônica. / The impact that algebraic structures can exert on physical theories is well illustrated by Quantum Mechanics, where complex numbers are unquestionably the most appropriate choice to develop the theory. Pseudo-complex General Relativity evaluates the possibility that the gravitational interaction acquires its most natural description when constructed upon pseudo-complex numbers, which consist of one of the three possibilities of abelian complex numbers with a single imaginary unit. This numerical set is endowed with nonzero elements whose product is zero, such numbers are called generalized zeros or divisors of zero. The presence of generalized zeros allows the introduction of a modi ed variational principle from which an additional term, absent in General Relativity, emerges in the eld equations. This additional term is interpreted as a dark energy, whose physical origin is related to vacuum uctuations. The inclusion of this e ect is legitimate because a priori vacuum uctuations must gravitate as any other form of energy. From the eld equations we can summarize the main conceptual idea of the theory, in pseudo-complex General Relativity mass not only curves spacetime but also is able to change the structure of the spacetime around the mass. The di erences with respect to General Relativity are manifested in extreme physical situations in the regime of intense gravitational elds. As an application we analyze from the theoretical point of view an exotic compact object composed of fermionic dark matter.

O lado escuro do universo é misterioso e sua natureza é ainda desconhecida. De fato, isto talvez constitua o maior desafio da cosmologia moderna. As duas com- ponentes do setor escuro (mat´ eria escura e energia escura) correspondem hoje a cerca de noventa e cinco por cento do universo. O candidato mais simples para a energia energia é uma constante cosmológica. Contudo, esta tentativa apresenta uma enorme discrepância de 120 ordens de magnitude entre a predição teórica e os dados observados. Tal disparidade motiva os físicos a investigar modelos mais sofisticados. Isto pode ser feito tanto buscando um entendimento mais profundo de onde a constante cosmológica vem, se deseja-se derivá-la de primeiros princípios, quanto considerando outras possibilidades para a expansão acelerada, tais como modificações da relatividade geral, campos de matéria adi- cionais e assim por diante. Ainda considerando uma energia escura dinâmica, pode existir a possibilidade de interação entre energia e matéria escuras, uma vez que suas densidades são comparáveis e, dependendo do acoplamento usado, a interação pode também aliviar a questão de porquê as densidades de matéria e energia escura são da mesma ordem hoje. Modelos fenomenológicos tem sido amplamente estudados na literatura. Por outro lado, modelos de teoria de cam- pos que visam uma descrição consistente da interação energia escura/matéria escura ainda são poucos. Nesta tese, nós exploramos como candidato à energia escura um campo escalar ou vetorial em várias abordagens diferentes, levando em conta uma possível interação entre as duas componentes do setor escuro. A tese é dividida em três partes, que podem ser lidas independentemente. Na primeira parte, nós analisamos o comportamento asintótico de alguns modelos cosmológicos usando campos escalares ou vetorial como candidatos para a energia escura, à luz da teoria de sistemas dinâmicos. Na segunda parte, nós usamos um campo escalar em supergravidade para construir um modelo de energia escura dinâmico e também para incorporar um modelo de energia escura holográfica em supergravidade mínima. Finalmente, na terceira parte, nós propomos um modelo de energia escura metaestável, no qual a energia escura é um campo escalar com um potencial dado pela soma de auto-interações pares até ordem seis. Nós inserimos a energia escura metaestável em um modelo SU(2)R escuro, onde o dubleto de energia escura e o dubleto de matéria escura interagem nat- uramente. Tal interação abre uma nova janela para investigar o setor escuro do ponto-de-vista de física de partículas. Esta tese é baseada nos seguintes artigos, disponíveis também no arXiv: 1611.00428, 1605.03550, 1509.04980, 1508.07248, 1507.00902 e 1505.03243. O autor também colaborou nos trabalhos: 1607.03506 e 1605.05264. / The dark side of the universe is mysterious and its nature is still unknown. In fact, this poses perhaps as the biggest challenge in the modern cosmology. The two components of the dark sector (dark matter and dark energy) correspond today to around ninety five percent of the universe. The simplest dark energy candidate is a cosmological constant. However, this attempt presents a huge discrepancy of 120 orders of magnitude between the theoretical prediction and the observed data. Such a huge disparity motivates physicists to look into a more sophisticated models. This can be done either looking for a deeper understanding of where the cosmological constant comes from, if one wants to derive it from first principles, or considering other possibilities for accelerated expansion, such as modifications of general relativity, additional matter fields and so on. Still regarding a dynamical dark energy, there may exist a possibility of interaction between dark energy and dark matter, since their densities are comparable and, depending on the coupling used, the interaction can also alleviate the issue of why dark energy and matter densities are of the same order today. Phenomenological models have been widely explored in the literature. On the other hand, field theory models that aim a consistent description of the dark energy/dark matter interaction are still few. In this thesis, we explore either a scalar or a vector field as a dark energy candidate in several different approaches, taking into account a possible interaction between the two components of the dark sector. The thesis is divided in three parts, which can be read independently of each other. In the first part, we analyze the asymptotic behavior of some cosmological models using either scalar or vector fields as dark energy candidates, in the light of the dynamical system theory. In the second part, we use a scalar field in the supergravity framework to build a model of dynamical dark energy and also to embed a holographic dark energy model into minimal supergravity. Finally, in the third part, we propose a model of metastable dark energy, in which the dark energy is a scalar field with a potential given by the sum of even self-interactions up to order six. We insert the metastable dark energy into a dark SU(2)R model, where the dark energy doublet and the dark matter doublet naturally interact with each other. Such an interaction opens a new window to investigate the dark sector from the point-of-view of particle physics. This thesis is based on the following papers, available also in the arXiv: 1611.00428, 1605.03550, 1509.04980, 1508.07248, 1507.00902 and 1505.03243. The author also collaborated in the works 1607.03506 and 1605.05264.

The XX century witnessed the quantum and relativistic revolutions in physics. The development of these two theories, namely, Quantum Mechanics and Relativity, was the inception of many crucial discoveries and technological advances. Among them, one stands out due to its uniqueness, the neutrino discovery. However, several neutrino properties are still obscure. Neutrinos are the only fundamental particles whose nature is currently unknown. Such fermions can either be different from their antiparticles, i.e., Dirac fermions, or be their own antiparticles, that is, Majorana fermions. On the other hand, the smallness of neutrino masses is a problem seemingly related to the neutrino nature; thus, as essential task consists in addressing the phenomenologically viable models in both cases. Furthermore, it is important to search for other physical process in which the neutrino nature may manifest through different experimental signatures. A rather difficult but promising method corresponds to the detection of the cosmic neutrino background, viz. neutrinos which are relics from the Big Bang. Previous works have shown that detection rates for Dirac and Majorana neutrinos can give different results. Nevertheless, this distinction was obtained considering the Standard Model framework only. Therefore, it is important to understand the consequences of having Non-Standard Interactions contributing to the detection of neutrinos from the cosmic background. Another remarkable relic predicted by Cosmology is the unidentified Dark Matter, composing ~25% of the Universe. All searches regarding the Weakly Interacting Massive Particle, one of the principal candidates for Dark Matter, have given negative results; this has compelled experiments to increase their sensitivity. Notwithstanding, neutrinos may stand in the way of such experimental searches given that they may constitute an irreducible background. In this thesis, we will address these three different phenomena, neutrino mass models, detection of the cosmic neutrino background and the neutrino background in Dark Matter searches, by considering the different characteristics in each case. In the study of neutrino mass models, we will consider models for both Majorana and Dirac neutrinos; specifically, we will probe the neutrinophilic two-Higgs-doublet model. Regarding the detection of relic neutrinos, we will analyse the consequences of the existence of the beyond Standard Model physics in the capture rate by tritium. Finally, we will scrutinize the impact of neutrinos in Direct Detection WIMP searches, by considering Standard Model plus additional interactions in the form of simplified models. / Ao longo do século XX testemunhamos as revoluções quântica e relativista que aconteceram na Física. O desenvolvimento da Mecânica quântica e da teoria da relatividade foi o prelúdio de inúmeras descobertas e avanços tecnológicos fundamentais; em particular, a descoberta dos neutrinos. No entanto, a sua total compreensão ainda é um mistério para a física de partículas. Entendidos como partículas fermiônicas fundamentais, os neutrinos possuem sua natureza desconhecida. Podendo ser diferentes de suas antipartículas, denominadas férmions de Dirac, ou também podendo ser as suas próprias antipartícula, sendo conhecidas como férmions de Majorana. Por outro lado, o valor de sua massa continua sendo um problema em aberto, supostamente relacionado à sua natureza. Portanto, é importante estudarmos modelos fenomenológicos viáveis para as duas naturezas possíves dos neutrinos. Além disso, é necessário procurar outros processos físicos cujos resultados experimentais sejam distintos de acordo com a natureza do neutrino. Um método bastante difícil, mas promissor, corresponde à detecção do fundo de neutrinos cósmicos, isto é, os neutrinos relíquia do Big Bang. Análises prévias mostraram que as taxas de detecção para neutrinos de Dirac e de Majorana resultam em valores distintos. Porém, este resultado foi obtido supondo como base o Modelo Padrão; assim, é crucial entender as possíveis consequências da existência de interações desconhecidas na detecção dos neutrinos da radiação cósmica de fundo. Outra relíquia notável prevista pela Cosmologia é a desconhecida Matéria Escura, que compõe ~25% do Universo. Todas as buscas por WIMPs (do inglês Weakly Interactive Massive Particles), um dos principais candidatos a Matéria Escura, tem dado resultados negativos. Isto tem forçado a criação de experimentos cada vez mais sensíveis. Contudo, os neutrinos poderão ser um obstáculo nessas buscas experimentais, pois estes convertir-se-ão em um fundo irredutível. Na presente tese, abordaremos estes três fenômenos diferentes, modelos de massa para os neutrinos, a detecção do fundo de neutrinos cósmicos e o fundo de neutrinos em experimentos de detecção direta de Matéria Escura, considerando as distintas características em cada caso. No estudo dos modelos de massa para os neutrinos consideraremos modelos para neutrinos de Majorana e Dirac; exploraremos modelos neutrinofílicos com dois dubletos de Higgs. Enquanto à detecção dos neutrinos relíquia, analisaremos as consequências da presença de física além do Modelo Padrão na taxa de captura pelo trítio. Finalmente, examinaremos o impacto dos neutrinos em experimentos de detecção direta de WIMPs, supondo as interações do Modelo Padrão junto com interações adicionais na forma de modelos simplificados.

Neste trabalho estudam-se três aplicações de mecanismos de produção de partículas no universo pós inflacionário. Apesar da motivação inicial para esses mecanismos ter sido o reaquecimento do universo, eles foram utilizados, posteriormente, para produzir partículas supermassivas. A produção de partículas, sejam elas supermassivas ou não, depende essencialmente do modelo inflacionário utilizado. Aqui, trabalha-se com modelos inflacionários caóticos gerados por um campo escalar, o inflaton. A primeira aplicação estuda a produção de partículas supermassivas pelo mecanismo de pré-aquecimento instantâneo que é não perturbativo. Estabelece-se os limites dos parãmetros desse mecanismo impondo que essas partículas constituam parte da matéria escura e que seu decaimento, hoje, produzam os raios cósmicos de altíssimas energias. A segunda aplicação é um estudo numérico de como teria sido o reaquecimento do universo, num modelo inflacionário quintessencial, com partículas tendo sido produzidas através do mecanismo de pré-aquecimento instantâneo. Esses modelos inflacionários são utilizados para explicar a origem da energia escura que parece dominar o universo hoje. Obtém-se a faixa de temperaturas de reaquecimento permitidas. A terceira aplicação também estuda a produção de partículas supermassivas para explicar os raios cósmicos de altíssimas energias, mas por um mecanismo perturbativo. As partículas seriam o produto do decaimento direto do inflaton após a inflação. Obtém se limites para razão de ramificação deste decaimento, impondo restrições para a vida média das partículas supermassivas e para a sua abundância hoje. / We studied three applications of the mechanisms of particle production in the early universe. Although such mechanisms were first proposed to reheat the universe they were used lately to produce supermassive particles. The production of supermassive or massless particles depends mainly on the inflationary model that we work with. Here, we chose the chaotic inflationary models generated by one scalar field, the inflaton. In the first application we studied the production of supermassive particles by the non-perturbative instant preheating mechanism. We used cosmic ray flux and cold dark matter observational data to constrain the parameters of the model, since we are supposing that such particles may account for a fraction of the cold dark matter as well as decay into high energy cosmic rays. In the second application we perform a numerical study of the instant preheating mechanism of particle production in a model of quintessential inflation. Such inflationary models are used to explain the dark energy that seems to dominate the universe nowadays. We obtained the reheating temperatures allowed by this mechanism. The third application studied the supermassive particle production by a perturbative mechanism to explain high energy cosmic rays. The inflaton would have decayed into such particles after inflation. By constraining their lifetime and present abundance we obtained the branching ratio of such decay.

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:36:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_CesarPeixoto_M.pdf: 5430137 bytes, checksum: 52b53b619a2021426f948ae3c70beb98 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho analisa-se uma das extensões do Modelo Padrão das Partículas Elementares, conhecida como Extensão 3-3-1\', e suas aplicações a Cosmologia. Esta classe de modelos constitui uma das mais enxutas extensões do Modelo Padrão, e possui entre as suas qualidades respostas a problemas deixados em aberto dentro do Modelo Padrão. Entre estes, lista-se o problema do numero de gerações e o problema da assimetria das massas dos quarks, respondidos através de um critério de consistência interna do modelo, a saber, o cancelamento das anomalias quirais. O modelo especifico escolhido para estudo foi o Modelo 3-3-1 com neutrinos de m~ao direita (3-3-1RH), e todas as suas principais características são analisadas. Para aplicações a Cosmologia, o 3-3-1 foi analisado em suas aplicações ao problema da Matéria Escura. Neste caso, analisar-se-~ao candidatos a Matéria Escura em uma extensão do 3-3-1, chamada Modelo 3-3-1 Left-Right (3L3R). Estes candidatos s~ao neutrinos estereis de massa na escala keV, e a eles s~ao aplicados os limites cosmológicos impostos por Decaimento em Raio-X, Neff e Abundância de matéria escura. 3 casos foram analisados: (1) Desacoplamento dos neutrinos estereis anterior a aniquilação dos múons. (2) Desacoplamento anterior a aniquilação dos pons; (3) Desacoplamento anterior a Hadronização. A aplicação dos limites supracitados revelou que estes neutrinos n~ao sofrem de restrições de decaimentos em Raio-X. Para cada um dos 3 casos, o valor de Neff por neutrino estéril foi de 3.69, 3.53 e 3.09, respectivamente. Como experimentalmente, Neff = 3:280:28, conclui-se que em 2 dos casos, apenas 1 neutrino novo e admitido, e no caso restante os 3 neutrinos novos do 3L3R s~ao possíveis. Por m, o calculo de abundância revelou um excesso destes neutrinos, usando-se o método para calculo de abundância de neutrinos ativos. A abundância calculada e maior que a medida experimentalmente em todos os casos posseis para o modelo, mesmo considerando-se um caso limite. Dessa forma, conclui-se que algum mecanismo alternativo de diluição de densidade destes neutrinos e necessário / Abstract: In this dissertation, one of the extensions of the Standard Model of Elementary Particles(SM), known as the '3-3-1 Extension\', and its aplication to Cosmology are analysed. This class of models constitutes one of the most economical extensions of the Standard Model, and have among its qualities answers to open problems within the SM. Among them, we mention the generation problem and the quark mass assymetry problem. Both of these problems are answered trough the use of a internal consistency criterion of the model: The cancelation of chiral anomalies. The model chosen for study was the 3-3-1 Model with right handed neutrinos (3- 3-1RH), and all its main caracteristics are analysed. To aplications to Cosmology, the 3-3-1 was studied within the Dark Matter problem. In this case, we analyse dark matter candidates in one extension of the 3-3-1, known as the Left-Right 3- 3-1 Model (3L3R). These candidates are sterile neutrinos with keV masses, and to them cosmological limits are applied. These limits are the decays into X-Rays, Neff and Dark Matter Abundance. 3 cases were analysed: (1) Decoupling of the sterile neutrinos before muon annihilation; (2) Decoupling before pion annihilation; (3) Decoupling before Hadronization. The application of the limits mentioned above revealed that these neutrinos do not, at the moment, have any restrictions coming from decays into X-Rays, because this kind of decay is forbidden in the 3L3R. For each of the 3 cases, Neff had the value of 3.69, 3.53 e 3.09, respectively. When this is compared with the experimental value, Neff = 3:28 0:28, we conclude that in two cases, only one sterile neutrino is roughly allowed. In the remaining case, all 3 new neutrinos of the 3L3R are possible. The calculation of abundance revelead an excess of these neutrinos, using the method that is used to calculate abundance of active neutrinos. The calculated abundance is bigger than the experimentally determined in all possible cases, even when we consider a limit case. We conclude that some alternative mechanism for density dilution is necessary / Mestrado / Física / Mestre em Física

Há várias evidências experimentais da existência de matéria escura no universo. Apesar destas evidências, pouco se sabe sobre sua constituição, sabendo-se apenas que interage gravitacionalmente, mas não eletromagneticamente. Neste projeto, investigamos a possibilidade da matéria escura ser composta por partículas supermassivas e fortemente interagentes (Simpzillas). Para isto determinamos o sinal que deve ser deixado no telescópio IceCube por neutrinos resultantes de aniquilações de matéria escura no Sol. Após determinarmos o espectro de neutrinos no centro do Sol, simulamos sua propagação até a superfície, depois até a Terra e através da Terra até o detector. Comparamos então estes resultados com os fornecidos pelo IceCube. Esta comparação permite testar uma região do espaço de fase massa versus seção de choque previamente não-excluída por outros tipos de experiência que não telescópios de neutrinos. Como resultado, concluímos que partículas supermassivas e fortemente interagentes não podem constituir a matéria escura. / There are many experimental evidences for the existence of dark matter in the universe. Despite these evidences, there is no knowledge about its constitution other than the fact that it interacts gravitationally but not electromagnetically. In this project, we investigate the possibility that dark matter is composed of strongly interacting massive particles (Simpzillas). We determine the expected signal in the IceCube telescope from Simpzilla annihilation in the center of the Sun. We first determine the neutrino spectrum in the core of the Sun. We then simulate its propagation through both the Sun and Earth, and finally the rate of neutrinos at the detector. A comparison of these results to the ones published by the IceCube collaboration covers a large region of the yet not excluded regions of the mass versus cross-section phase space. As a result, the possibility of Simpzillas composing the dark matter is ruled out.

Esta tese tem como objetivo o estudo de aspectos dinâmicos e estatísticos da matéria escura em distribuições esféricas de massa. O fato de suas partículas constituintes interagirem gravitacionalmente mas não eletromagneticamente, e portanto sua evolução ser regida por interações de longo alcance, traz algumas complicações teóricas na descrição de suas propriedades nos termos da mecânica estatística, dificuldades compartilhadas com sistemas auto-gravitantes em geral. Para melhor compreender essas propriedades, estudamos as distribuições de matéria escura em três abordagens diferentes. Na primeira, utilizamos dados observacionais, utilizando lentes gravitacionais, em aglomerados de galáxias para comparar a performance de alguns modelos propostos para o perfil de densidade da matéria escura. Dividimos estes modelos em fenomenológicos ou teóricos. Dos primeiros, todos são capazes de descrever os dados observacionais com performance comparável. Entre os modelos teóricos estudados, o modelo chamado DARKexp descreve os dados tão bem quanto os primeiros. Numa segunda abordagem, utilizamos dados de simulações numéricas para testar uma função proposta para a distribuição de velocidades das partículas. Esta função inclui a anisotropia no campo de velocidades na chamada distribuição q-gaussiana. Comparamos a performance desta função com a da função gaussiana e concluímos que a primeira representa uma melhor descrição dos dados, mesmo levando em conta a introdução de um parâmetro extra, apesar de ainda apresentar algumas discrepâncias, especialmente nas regiões internas dos halos. Por fim, discutimos a possível relevância do conceito de indistinguibilidade na determinação dos estados de equilíbrio de sistemas auto-gravitantes em geral, propondo uma associação deste conceito com o nível de mistura do sistema. Implementamos esta associação numa análise combinatória e estudamos as conseqüências para a determinação da função distribuição e do perfil de densidades. Esta associação também levanta algumas dúvidas sobre a validade da equação de Vlasov durante o processo de relaxação violenta. / This thesis aims to study the dynamic and statistical aspects of dark matter in spherical distributions. The fact that their constituent particles interact gravitationally but not electromagnetically, and therefore its evolution is governed by long-range interactions, brings some theoretical complications in their description in terms of the statistical mechanics, difficulties shared with self-gravitating systems in general. To better understand these properties, we studied the distributions of dark matter in three different approaches. First, we used observational data, using gravitational lensing in galaxy clusters to compare the performance of some proposed models for the dark matter density profile. We divide these models in phenomenological or theoretical. All of the formers are able to describe the observational data with comparable performance. Among the theoretical models studied, the model called DARKexp describes the data as well as the formers. In a second approach, we use numerical simulation data to test a proposed function for the velocity distribution. This function includes the velocity anisotropy into the so called q-Gaussian distribution. We compared the performance of this function with the Gaussian function and concluded that the first is a better description of the data, even taking into account the introduction of an extra parameter, although still presenting some discrepancies, especially in the inner regions of the halo. Finally, we discuss the relevance of the concept of indistinguishability in determining the states of equilibrium of self-gravitating systems in general, suggesting an association of this concept with the mixing level of the system. We implement this association in a combinatorial analysis and study the consequences for the determination of the distribution function and the density profile. This association also raises some questions about the validity of the Vlasov equation during the process of violent relaxation.

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.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T17:21:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertação-Aline Nascimento Lins (ok).pdf: 569104 bytes, checksum: 74a65b4ab8272bfcc42b2378df62b4ec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T17:21:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação-Aline Nascimento Lins (ok).pdf: 569104 bytes, checksum: 74a65b4ab8272bfcc42b2378df62b4ec (MD5) Previous issue date: 2017-02 / O conceito de Matéria Escura surgiu para explicar uma anomalia na curva de rotação de galáxias espirais, desde então, pesquisadores de todo o mundo vêm tentando detectar a partícula que compõe tal matéria. Sem sucesso nas detecções, surgiram algumas teorias para explicar a existência tanto da Matéria Escura quanto da Energia Escura, responsável pela expansão acelerada do Universo. Neste trabalho apresentamos uma dessas teorias. Aqui sugerimos que o Universo se comporta de uma maneira diferente com a qual estamos acostumados, para isso tzemos uso da relatividade geral e da equação não-linear de Klein-Gordon, e então admitimos que o Universo está imerso em um superfluido relativístico para assim podermos explicar teoricamente Matéria Escura e Energia Escura. / The concept of Dark Matter arises to explain an anomaly in the rotation curve of spiral galaxies, since then, researchers around the world have been trying to detect the particle that composes this matter. Without success in the detections, some theories appeared to explain the existence of both Dark Matter and Dark Energy, the last one is responsible for the accelerated expansion of the Universe. In this dissertation we present one of these theories. Here we suggest that the Universe behaves in a di erent way with which we are accustomed, for this we have made use of the general relativity and the Klein-Gordon's nonlinear equation, and then we admit that the Universe is immersed in a relativistic superfluid so we can theoretically explain Dark Matter and Dark Energy.

Orientador: Prof. Dr. José Kenichi Mizukoshi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2016. / A física no ensino médio brasileiro apresenta vários problemas, destacando-se o conteúdo ultrapassado, com um enfoque quase somente em física clássica, e a metologia de ensino em que o professor, como detentor do conhecimento, treina à exaustão os alunos em resoluções de problemas visando o vestibular. É nesse cenário que emerge o nosso produto educacional desta Dissertação, no âmbito do programa Mestrado Nacional Prossional em Ensino de Física. Com o objetivo inserir a física moderna e sobretudo a contemporânea em sala de aula e permitir novas metodologias de ensino, nós criamos uma website sobre a matéria escura, um tema bastante instigante e que atualmente constitui uma das grandes questões fundamentais da Natureza. O seu conteúdo, em sintonia com a realidade dos jovens atuais e acessível a um típico aluno do ensino médio, é formado por textos simples e possui links para vídeos, seções de curiosidade, links para artigos cientícos e acessos para materiais mais avançados. Pesquisas de satisfação em um grupo de mais de cem alunos indicam que o nosso produto educacional teve uma boa aceitação e poderá, portanto, servir de referência básica para o ensino de matéria escura no ensino médio. / The physics courses in the Brazilian high school have several limitations and problems. Among them, we can highlight the outdated contents, with emphasis only in the classical physics, and teaching methodology, where the teacher as the holder of knowledge, trains the students to exhaustion in solving textbook problems for their success on the examination entrance to a university. In order to oer some alternatives to this scenario, we developed an educational product within the program Mestrado Nacional Prossional em Ensino de Física, which is described in this master's dissertation. Our educational product is a website about the dark matter, a very exciting topic which currently constitutes one of the greatest fundamental questions of Nature. This website has a twofold appeal: an introductory material of contemporary physics at the high school classes through a resource which is more familiar to the students of the twentyrst century. In tune with youngsters, the website presents a non-technical text understandable for a typical high school student, lled with videos, curiosity sections, links to scientic texts and advanced materials on the dark matter. A survey with more than a hundred of high school student indicated that the website had a good acceptance, in both content and presentation. Due to this positive feedback, we believe that our website could be an interesting educational product to serve as a basic resource for teaching dark matter at the high school level.