Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5714.pdf: 2237832 bytes, checksum: dd98c84e101a7f932a3822491f70f481 (MD5) Previous issue date: 2014-02-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / In the first part of this work we describe the cosmological neutrinos as a composite quantum system and use the generalized theory of quantum measurements to acquire a probabilistic correlation between observable energies and flavor eigenstates. We associate flavor averaged and flavor weighted energies to, respectively, selective and non selective quantum measure schemes and avaliate the impact of these definitions in the calculation of a flavor effective mass that determines the neutrino contribution to the energy density of the cosmic inventory. Our results establish that if the cosmic neutrinos state is a maximal mixture all the procedures for the calculation of the energy density will generate the same results. In the second part we turn our attention to the free propagation of flavor states in the wave packet formalism. Interpreting each mass eigenstate, associated to a Gaussian momentum distribution, with a three qubit states, a flavor state is described as a quantum system composed of three subsystems. We consider the different correlations between the quantum superposition components in terms of subtle quantifiers and obtain a coherence scale compatible with the damping scale present in survival probabilities of a flavor, indicating a relation between the damping an the studied correlations. We investigate this relation in terms of the standard deviation between the damping and the density of states associated to the correlation quantifiers a deviation that is minimun only for certain values of the mass eigenstate momentum distribution width. / Na primeira parte deste trabalho descrevemos os neutrinos cosmológicos como um sistema quântico composto e utilizamos a teoria generalizada das medidas quânticas para obter uma correlacão probabilística entre energias observaveis e autoestados de sabor. Associamos as energias media e ponderada de sabor a, respectivamente, esquemas de medidas quânticas se¬letivas e nao seletivas e avaliamos o impacto destas diferentes definicoes de energia no calculo de massa efetiva de um sabor que determinam a contributo dos neutrinos para a densidade de energia do inventório cósmico. Nossos resultados estabelecem que se o estado dos neutrinos cosmológicos for uma mistura maximal todos os procedimentos de calculo da densidade irão gerar o mesmo resultado. Na segunda parte voltamos nossa atencao a propagacao livre de es¬tados de sabor no formalismo de pacotes de ondas. Interpretando cada autoestado de massa, associado a uma distribuiçao de momentum Gaussiana, como um estado de três qubits, um estado de sabor e descrito como um sistema quântico composto de três subsistemas. Consi-deramos as diferentes correlações entre as componentes da superposto quantica em termos de quantificadores apropriados e obtemos uma escala de coerâencia compatóvel com a escala de amortecimento das oscilaçcãoes presente nas probabilidades de sobrevivâencia de um sabor, indicando relacao entre este amortecimento e as correlacoes estudadas. Investigamos mais a fundo essa relacçãao em termos do desvio padrãao entre o amortecimento e a densidade de estados associada aos quantificadores de correlacao, desvio que e mínimo apenas para certos valores da largura da distribuicçãao de momentum dos estados de massa.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-03-17T14:18:06Z No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 7513178 bytes, checksum: 415256159369a9e32c9dd78249499c7a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T14:18:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 7513178 bytes, checksum: 415256159369a9e32c9dd78249499c7a (MD5) Previous issue date: 2016-05-22 / não possui resumo / não possui resumo

Foi feita uma modificação da teoria magnetohidrodinâmica, incorporando a dinâmica dos neutrinos, chamada magnetohidrodinâmica de neutrinos. Elétrons e íons foram toma- dos como não-relativísticos, juntamente com os neutrinos eletrônicos (ultra) relativísticos acoplados via força eletro-fraca. Devido à ressonância com um feixe de neutrinos, foi prevista a desestabilização das ondas magnetosônicas rápidas. Admitindo modos oblí- quos, é possível detectar uma instabilidade que se torna mais forte quando o vetor de onda é paralelo ao campo magnético de equilíbrio, associando-se à onda magnetosônica lenta. Assumindo perturbações eletrostáticas em um plasma magnetizado composto por elétrons em um fundo iônico neutro, acoplado a neutrinos eletrônicos, foi considerado o papel desestabilizador dos feixes de neutrinos quanto aos modos de Trivelpiece-Gould. O campo magnético aumenta significativamente a taxa de crescimento linear, conforme cal- culado para os parâmetros de supernovas tipo II. Para o caso não magnetizado, a taxa de crescimento da instabilidade é encontrada para o vetor de onda paralelo ou perpendicular ao campo magnético substituindo-se a frequência de plasma pela frequência apropriada de Trivelpiece-Gould. Adicionalmente, considerou-se um modelo que combina as interações neutrino-plasma e as oscilações de sabores de neutrinos. Neste contexto, estudou-se o acoplamento entre ondas íon-acústicas e oscilações de sabores de neutrinos, obtendo-se uma nova instabilidade. Mostrou-se que a taxa de crescimento desta instabilidade não é modificada pela inclusão de efeitos colisionais. / A modification of the magnetohydrodynamic theory was made incorporating the dyna- mics of neutrinos, called neutrino magnetohydrodynamics. Electrons and ions were taken as non-relativistic, along with (ultra) relativistic electron neutrinos coupled via electro- weak force. Due to the resonance with the neutrino beam the destabilization of the fast magnetosonic wave was predicted. Then, oblique modes were admitted, resulting in a detection of an instability, which becomes stronger when the wave vector is parallel to the equilibrium magnetic field, associating with the slow magnetosonic wave. For the simplest case, assuming electrostatic perturbations in a magnetized plasma composed of electrons on a neutral ionic background, coupled with electronic neutrinos, the destabilizing role of the neutrino beams in Trivelpiece-Gould modes was considered. The magnetic field signi- ficantly increases the linear growth rate, as calculated for type II supernova parameters. For the nonmagnetized case, the growth rate of instability is found for the wave vector parallel or perpendicular to the magnetic field, replacing the plasma frequency with the appropriate frequency of Trivelpiece-Gould. For oblique propagation the growth rate is also found. Subsequently, a model combining neutrino-plasma interactions and neutrino flavor oscillations was studied in the case of the coupling between the ion-acoustic wa- ves and the oscillations of neutrino flavors. When included collision effects, the rate of growth of instability has shown that the coupling between the ion-acoustic waves and the oscillations of neutrino flavors in a completely ionized plasma remain the same.

Atualmente existem muitas evidências da presença de matéria escura no Universo. Estas motivaram a existência de vários experimentos para sua detecção. Entre os experimentos de detecção indireta de matéria escura, o PAMELA, o ATIC e o Fermi-LAT observaram recentemente excessos de elétrons e pósitrons no fluxo galáctico em relação ao esperado para estas partículas. Estes resultados podem ser explicados pela aniquilação de matéria escura com massas entorno a 1 TeV em nossa galáxia, com produção de léptons. No entanto, para tal, estas observações requerem um aumento na taxa de aniquilação relativa à esperada da produção térmica de matéria escura. Este aumento pode ser devido a existência de subestruturas de matéria escura no halo galáctico ou a mecanismos de interação, como o efeito Sommerfeld, que aumentam a seção de choque de aniquilação das partículas de matéria escura. Neste _ultimo caso, deve ocorrer também um aumento na taxa de neutrinos provenientes da aniquilação de matéria escura no núcleo da Terra. Neste trabalho, estimamos as taxas destes neutrinos e usamos os resultados finais do AMANDA-II e resultados recentes de IceCube para testar cenários genéricos que contemplam um aumento na seção de choque de aniquilação. Apresentamos os nossos resultados em função da seção de choque de interação da matéria escura com os núcleos multiplicada pela fração da aniquilação das partículas de matéria escura em neutrinos e, também em função de um fator genérico de boost que parametriza o aumento na seção de choque de aniquilação. Encontramos que modelos de matéria escura requerem fatores de boost da ordem O(100) ou mais e que se aniquilam significativamente em neutrinos são excluídos como explicação dos excessos leptônicos medidos. / Currently there are many evidences of the existence of dark matter in the Universe. These led to experimental dark matter searches and, among them, some indirect detection experiments, PAMELA, ATIC and Fermi-LAT, have recently observed excesses in the galactic flux of electrons and positrons relative to the expected flux of these particles. These results could be explained by dark matter, with masses of the order of 1 TeV, annihilating into leptons in our galaxy. However, in order for this to explain the mentioned excesses, it is required that the dark matter annihilation rate is greater than the implied rate assuming the expected dark matter thermal annihilation cross section. This greater rate could be due to the presence of dark matter substructures in the galactic halo or due to interaction mechanisms, such as the Sommerfeld effect, that enhance the dark matter annihilation cross section. In the latter case, an enhancement in the neutrino flux from annihilation of dark matter particles in the Earth nucleus should also occur. In this work, we use the final results of AMANDA-II and recent results of IceCube to probe generic enhancement scenarios. We present results as a function of the dark matternucleon interaction cross section weighted by the branching fraction into neutrinos, and as a function of a generic boost factor, which parametrizes the expected enhancement of the annihilation rate. We find that dark matter models that require boosts factors of O(100) or more and that annihilate mainly into neutrinos are excluded as a explanation for the observed leptonic excesses.

Orientador: Orlando Luís Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:53:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salgado_MaurilioFerreira_M.pdf: 1919300 bytes, checksum: 5f4341c064eb9c9bbcc9a3ae84fa84d8 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A massa é um dos objetos de estudo mais importantes em física de neutrinos, talvez o mais importante. Nesta dissertação discutimos como se dá a geração de massa no Modelo Padrão, que é capaz de explicar de maneira compacta grande parte da diversidade dos fenômenos observados em física de partículas. Nele o neutrino é previsto como uma partícula sem massa. Na sequência discorremos sobre a oscilação, atualmente quase unânime na comunidade científica, e como a hipótese de oscilação de neutrinos implica a existência da massa do neutrino (divergindo do Modelo Padrão) e estudamos as possibilidades de o neutrino ser uma partícula de Dirac ou Majorana. Por fim, dedicamos atenção ao fenômeno de duplo decaimento beta, que é uma tentativa de identificar qual tipo de partícula é o neutrino, e especialmente ao KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) que visa à determinação da escala absoluta de massa dos neutrinos através do espectro do elétron no decaimento beta do trítio. Nesse reproduzimos a sensibilidade esperada (0:2eV) por um método independente e testamos, para quatro neutrinos misturados e massivos, como o espectro se modifica e se o experimento conseguiria discriminar esse caso, o que se mostrou inviável / Abstract: The mass is one of the most important study subjects in neutrino physics, if not the most important. In this dissertation we discuss how mass is generated in the Standard Model, which explains in a compact way almost all of the observed phenomena diversity in particle physics. It forcasts a massless neutrino. Following we expatiate on neutrino oscilations, almost unanimous in the scientific community nowadays, and argue how the neutrino oscilation hypothesis implies the existence of neutrino mass (diverging of Standard Model) and study the possibilities that the neutrino could be a Dirac or Majorana particle. Lastly, we devote attention to the double beta decay experiment, which is a trial in identifing which particle the neutrino is, and specialy to KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) which aims the determination of the neutrino mass scale using the electron spectra in tritium beta decay. In this one we reproduce the expected sensitivity (0:2eV) by an independent method and test, for four mixed and massive neutrinos, how the spectrum modifies and if the experiment could differentiate this case, which proved impracticable / Mestrado / Física / Mestre em Física

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-20T13:03:17Z No. of bitstreams: 2 Tese - Michelle Mesquita de Medeiros - 2015.pdf: 11143375 bytes, checksum: a92992a09fff29dbf23fddec60369e77 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-20T13:05:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Michelle Mesquita de Medeiros - 2015.pdf: 11143375 bytes, checksum: a92992a09fff29dbf23fddec60369e77 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T13:05:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Michelle Mesquita de Medeiros - 2015.pdf: 11143375 bytes, checksum: a92992a09fff29dbf23fddec60369e77 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-05-07 / The MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) and MINOS+ experiments were designed to study neutrino oscillations using a muon neutrino beam which is detected in two different locations, in the Near Detector and in the Far Detector. The distance between the detectors allows the beam neutrinos to oscillate to a different flavor. Therefore, a disappearance of the muon neutrinos from the beam is observed in the Far Detector. The Far Detector has a special apparatus which makes possible the selection of atmospheric neutrinos and antineutrinos. These come from interactions of cosmic rays with the Earth’s atmosphere. Both detectors have a magnetic field, allowing the distiction between neutrinos and antineutrinos interactions. This thesis presents the first combined analysis of data from the MINOS and MINOS+ experiments. We have analyzed the combined neutrino energy spectrum from the complete MINOS beam data and the first, more energetic, MINOS+ beam data. The disappearance of the muon neutrinos was observed and the data has shown to be congruent with the oscillation model. Beyond that, we have measured the atmospheric oscillation parameters of the beam and atmospheric neutrinos and antineutrinos from MINOS combined with the atmospheric neutrinos and antineutrinos from MINOS+. Assuming the same oscillation parameters for both neutrinos and antineutrinos, the best fit is obtained for inverted hierarchy and lower octant with m2 32 = 2:37 10􀀀3 eV2 and sin2 23 = 0:43, and the limits m2 32 = [2,29 - 2,49] 10􀀀3 eV2 (68%) and sin2 23 = 0.36 - 0.66 (90%). These results are the most precise measurement of the neutrinos mass splitting using muon neutrino disappearance data only. / Os experimentos MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) e MINOS+ foram projetados para o estudo da oscilação de neutrinos por meio do uso de um feixe de neutrinos muônicos que é detectado em dois diferentes locais, no Near Detector e no Far Detector. A distância entre os dois detectores permite com que os neutrinos do feixe oscilem para outro sabor de neutrino, observando-se um “desaparecimento” de neutrinos muônicos no Far Detector. Além disso, este detector possui aparatos especiais que possibilitam a seleção de neutrinos e antineutrinos atmosféricos, os quais são provenientes das interações de raios cósmicos com a atmosfera terrestre. Ambos detectores possuem um campo magnético que proporciona meios para a distinção das interações de neutrinos e antineutrinos. Esta tese apresenta a primeira análise combinada de dados dos experimentos MINOS e MINOS+. Foi realizada uma análise do espectro de energia dos neutrinos considerando dados completos do feixe do experimento MINOS combinados com os primeiros dados do feixe mais energético do experimento MINOS+. Observou-se o desaparecimento dos neutrinos muônicos do feixe e os dados se mostraram condizentes com o modelo de oscilação. Além disso, realizou-se a medida dos parâmetros de oscilação atmosféricos dos neutrinos empregando-se o modelo de três sabores incluindo efeitos de matéria para dados de neutrinos e antineutrinos atmosféricos e do feixe do MINOS, combinados com os dados de neutrinos e antineutrinos atmosféricos do MINOS+. Assumindo mesmos parâmetros de oscilação para ambos neutrinos e antineutrinos, o melhor ajuste obtido foi para hierarquia invertida e octante inferior em m2 32 = 2;37 10􀀀3 eV2 e sin2 23 = 0;43, com limites m2 32 = [2,29 - 2,49] 10􀀀3 eV2 (68%) e sin2 23 = 0,36 - 0,66 (90%). Estes resultados representam a medida mais precisa já realizada do parâmetro de massa dos neutrinos usando somente dados de desaparecimento de neutrinos muônicos.

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.

[pt] Os neutrinos são produzidos copiosamente no Universo primordial e são hoje as espécies mais abundantes de partículas após os fótons. Com a descoberta da oscilação de neutrinos sabe-se que eles possuem massa. Os efeitos de neutrinos na formação de estruturas têm sido muito estudados e a comparação com os dados observacionais estabelece limites sobre a soma de suas massas. Nesta monografia abordamos outro aspecto dos neutrinos em cosmologia que tem sido pouco estudado na literatura: a sua influência na expansão global e suas possíveis implicações observacionais. Um aspecto interessante dos neutrinos do fundo cósmico é que, dentro dos limites actuais em suas massas, ao menos uma espécie deve ter passado de um regime relativístico a não-relativístico desde o desacoplamento matéria-radiação até o presente. Essa mudança de regime poderia acarretar em efeitos observacionais característicos desse processo. Neste trabalho investigamos a equação de estado dos neutrinos em função de sua massa e sua temperatura. A partir desse resultado, obtemos a taxa de expansão e a distância de luminosidade em função do desvio para o vermelho para um Universo contendo neutrinos massivos, além de matéria escura, constante cosmológica e radiação. Embora espera-se que o impacto dos neutrinos nessas quantidades observáveis seja pequeno, o objetivo deste trabalho é verificar se ele pode ser mensurável no contexto da emergente cosmologia de presição. / [en] Neutrinos are produced copiously in the primordial Universe and today they are the most abundant specie of particles after the photons. With the discovery of neutrinos oscillation it is known that at least two of them have mass, although the absolute values are unknown. The effects of massive neutrinos in the large scale structure formation have been much studied and the comparison with observational data establishes limits over the neutrinos mass sum. In this dissertation we broach other aspect of neutrinos in cosmology which has been few studied in literature: its influence in the global expansion and the possible observational implications. An interesting aspect of cosmic neutrinos background is that inside the present masses limits at least one specie must have passed from a relativistic regime to a non-relativist one, since the matter-radiation decoupling until now. This change in regime could cause observational effects characteristics of this process. In this research we investigate the neutrinos state equation in function of their mass and temperature. From this result, we obtain the expansion rate and the luminosity distance in function of the Universe red-shift considering the presence of massive neutrinos, besides the dark matter, cosmological constant and radiation. Even through we expect that the neutrinos impact in these observable be small, the objective of this work is to verify if it can be measured in the context of the emergent precision cosmology.

Cette thèse aborde quelques scénarios de nouvelle physique, ainsi que leurs manifestations dans le secteur des leptons.Le fait que les neutrinos soient massifs est un des problèmes non élucidés par le Modèle Standard. Une des solutions possibles est le mécanisme de seesaw, qui fait intervenir de nouveaux états lourds dont la désintégration viole le nombre leptonique. À cause de ce dernier point, ces états peuvent jouer un rôle clé dans la leptogenèse, un des scénarios susceptibles d'expliquer l'origine de l'asymétrie observée entre matière et antimatière dans l'univers. Nous étudions ici la leptogenèse avec un triplet scalaire et nous intéressons tout particulièrement l'impact des effets de saveur.Dans un second temps, nous considérons des théories supersymétriques. Nous étudions un modèle où le partenaire fermionique d'un pseudo-boson de Goldstone joue le rôle d'un neutrino stérile, qui pourrait expliquer certaines anomalies expérimentales. Enfin, pour être viable, la supersymétrie doit être brisée dans un secteur caché, et cette brisure doit ensuite être transmise aux champs de la théorie à basse énergie. Un des scénarios les plus élégants pour cela est la médiation de jauge. Malheureusement, celle-ci peine à reproduire la masse du boson de Higgs mesurée au LHC. Nous nous intéressons ici à des extensions susceptibles de réhabiliter ce scénario tout en le reliant mécanisme de seesaw. / This thesis addresses some scenarios of new physics as well as their consequences on the lepton sector. The fact that neutrinos are massive is one of the problems left unsolved by the Standard Model. One of the possible solutions is the seesaw mechanism, that involves new heavy states whose decay violates lepton number. Because of this, these states can participate in leptogenesis, one of the scenarios that could explain the origin of the asymmetry between matter and antimatter in our universe. Here, we study leptogenesis with a scalar triplet and consider especially the impact of flavour effects. After that, we turn to supersymmetric models. We consider a model in which the fermionic partner of a pseudo-Goldstone boson, associated to a symmetry broken at high energy, plays the role of a sterile neutrino, that could explain some experimental anomalies. Finally, to be viable, supersymmetry should be broken in a hidden sector, and this breaking should be transmitted to the fields of the low energy theory. One of the most elegant scenarios for this is gauge mediation. Unfortunately, it cannot easily reproduce the mass of the Higgs boson measured at LHC. We study here extensions that could rehabilitate this scenario and relate it to the seesaw mechanism.

This thesis describes a series of studies related to searches for new phenomena, beyond the Standard Model of particle physics, in high energy hadron collisions. In such searches, it becomes crucial to identify the Standard Model backgrounds in order to resolve a potential new signal. The thesis presents a method that uses photon events to determine one of such backgrounds, caused by the production of Z boson events. The studies performed to validate the method, both theoretically and experimentally, are presented and the method was shown to be successful as well as to provide reliable results. Theoretically, the method is found to be robust up to a ~10% uncertainty. Experimentally, the method is implemented to estimate the Z(vv) + jets background for the SUSY 0l + E_T^miss + jets search in the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider, where this background is one of the most important components for the final sensitivity and is impossible to measure directly. The main experimental results presented are the latest from ATLAS at the time of writing, corresponding to the full dataset of proton-proton collisions delivered by the LHC in 2011 (4.7 fb^-1) at a centre of mass energy of 7 TeV. Given that this method has been mainstream since 2010, brief comparisons to the results from previous analyses that used smaller datasets with the same centre of mass energy are also given, as well as additional cross-checks that support the robustness and validity of the method. The results presented here have contributed to the determination of the world's best limits with respect to SUSY models, which currently exclude equal mass squarks and gluinos below 1.4 TeV.