New constraints on the scattering cross sections of the Kaluza Klein photon as a darkmatter candidate, its annihilation rate in the Sun and the resulting muon flux on Earth are derived.For this purpose, data collected in the IceCube Neutrino Observatory during 532 days of exposurein the austral winters between 2011 and 2014 have been analyzed with Poisson confidence intervals (J. Conrad et al., 2003) and compared to the simulated prediction achieved with the WimpSimsoftware (J. Edsjö et al., 2003). The results do not allow for any detection claim, but they improveby one order of magnitude the constraints formerly presented in R. Abbasi et al. (2010). Despitethe recent results from LHC experiment which discard lower masses for the Kaluza Klein photon (N. Deutschmann et al., 2017), the new constraints are still relevant for masses above 1500 GeV.

Nesta tese, investigamos diversos tópicos atuais e relevantes em física de neutrinos. Contribuimos com a análise da determinação do menor ângulo de mistura leptônico, ômega 13, e estudamos, de maneira probabilística, o impacto decorrente na matriz de massa dos neutrinos. Tendo em vista o último parâmetro de oscilação desconhecido, a fase de violação de CP, estudamos uma medida apropriada para experimentos como T2K e NOvA, chamada fração de exclusão de CP. Além disso, analisamos as antigas e recentes anomalias dos experimentos de oscilação de neutrinos em curtas distâncias, realizando o mais completo e detalhado ajuste global até o presente momento. / In this thesis, we investigate several recent and relevant topics in neutrino physics. We have contributed to the analysis of the smallest mixing angle, omega13, and we have studied, in a probabilistic fashion, the consequent impact in the neutrinos mass matrix. In view of the last unknown oscillation parameter, the CP violation phase, we study an appropriate measure for experiments like T2K and NOvA, the CP exclusion fraction. Besides, we analyses the recent and older anomalies of short baseline neutrino oscillation experiments, performing the most complete and detailed global fit up to date.

Neste trabalho foi estudado como a materia escura pode ser capturada por corpos celestes e como a ela pode se comunicar com o Modelo Padrao atraves de sua aniquilacao em quarks e leptons. Os hadrons e leptons gerados podem decair em neutrinos que podem ser detectados por experimentos na Terra. Como tres tipos de neutrinos de autoestados de sabor ja foram observados experimentalmente e que diversos dados experimentais evidenciam oscilacao de sabor entre esses neutrinos, e preciso levar essa fenomenologia em consideracao ao estudar os neutrinos produzidos pela materia escura. O formalismo que permite considerar oscilacoes de neutrinos e ao mesmo tempo colisoes elasticas e inelasticas na materia e o formalismo de matriz densidade. Com ele estudamos o fluxo de muons gerados por neutrinos provenientes da aniquilacao da materia escura no interior do sol e como utilizar esse resultado para testes de modelos de particulas para materia escura. / In this work was studied how dark matter can be captured by celestial bodies and how it can communicate with the Standard Model through its annihilation in quarks and leptons. The hadrons and leptons generated can decay in to neutrinos which can be detected by experiments in Earth. As three types of neutrino flavor eigenstates have been observed experimentally and many experimental data have shown the flavor neutrino oscillate, it is necessary use this phenomenology when studying neutrinos produced by Dark Matter. The formalism that allows considering neutrino oscillations and, at same time, elastic and inelastic matter collisions is the density matrix formalism. With this formalism we studied the muons flux produced by neutrinos coming from dark matter annihilation inside the sun and how to use these results to test particle models for dark matter.

O principal objetivo deste trabalho é propor testes para alguns aspectos do modelo padrão supersimétrico mínimo (MSSM), proposto como extensão do modelo padrão de física de partículas. Mais especificamente, testamos cenários de quebra de supersimetria mediada por interações de calibre (gauge). Mostramos como determinar limites para a escala de quebra de supersimetria e formas de detectar indiretamente partículas supersimétricas. Propomos testes a serem realizados por Telescópios de neutrinos como também por telescópios de uorescência atmosférica. Nestes cenários as partículas supersimétricas se originam a partir da interação de neutrinos cosmológicos de altíssimas energias com núcleons no interior da Terra. Determinamos, a partir de simulações Monte Carlo, os sinais a serem detectados nestes telescópios. A detecção indireta destas partículas é baseada em seu decaimento, que pode ocorrer no interior da Terra ou na atmosfera, produzindo um tau mais um gravitino. Propomos aqui como testar estes cenários, tanto com a detecção de taus em telescópios de neutrinos bem como em telescópios de uorescência atmosférica. Como os decaimentos estão ligados a uma janela restrita para a escala de quebra de supersimetria, entre ~105 GeV e 107 GeV, propomos não somente formas de detectar partículas supersimétricas, mas também, como testar a escala de quebra de supersimetria nos cenários considerados. Mostramos aqui que é possível observar sinais provocados por partículas supersimétricas nas duas situações experimentais avaliadas / The main goal of this research is to propose probes of aspects of the minimal supersymmetric standard model (MSSM), assuming gauge mediated supersymmetry breaking scenarios. More specifically, how to determine limits for the supersymmetry breaking energy scale and ways for indirect detection of supersymmetric particles. We propose tests to be carried out both by neutrino telescopes as well as by atmospheric uorescence. Under these scenarios, supersymmetric particles originate from ultrahigh energy cosmological neutrinos interacting with nucleons inside the Earth. Through Monte Carlo simulations, we determine the signatures will be left in these telescopes. The indirect detection of these particles is based in their decay, which can occur inside the Earth or at the atmosphere, producing a tau plus a gravitino. Here we propose how to probe these scenarios, either by detecting taus, generated in the decay, in neutrino telescopes or in atmospheric uorescence telescopes. As these decays are connected to a restrict window for the supersymmetry breaking energy scale, which would be between ~105 GeV and ~107 GeV, we are proposing not only ways of detecting supersymmetric particles as well as how to probe the supersymmetry breaking energy scale in the scenarios considered. We show here that it is possible to observe these signals in two setups evaluated.

SNO+, the successor of the Sudbury Neutrino Observatory, is an upcoming low energy neutrino experiment, located in the 2 km deep laboratory SNOLAB, Canada. The spheric acrylic vessel in the detector center will contain 780 t of LAB. The main goal of SNO+ is the search for the neutrinoless double beta decay of 130Te, using a novel scintillator in which natural Te is bound with an initial loading of 0.3% via water and a surfactant. Within this thesis, the first measurement of the Alpha-particle and proton quenching parameters of loaded and unloaded LAB is described. These parameters are crucial for an efficient background suppression, necessary to reach a sensitivity above the current limit in 76Ge of T1/2(0v) > 2.1 x 10^(25) y (90% C.L.). For 0.3% Te-loading, the quenching parameter obtained is kB = (0.0070 +/- 0.0004) cm/MeV for Alpha-particles and kB = (0.0090 +/- 0.0003) cm/MeV for protons. Additionally, the spectral sensitivity of SNO+ to supernova electron anti-neutrinos and muon and tau (anti-)neutrinos is determined for the first time, using inverse beta decay and v-p elastic scattering with the measured quenching parameters. The obtained sensitivity to the mean energy of electron anti-neutrinos is E = 15.47^(+1.54)_(-2.43) MeV and of muon and tau (anti-)neutrinos is E = 17.81^(+3.49)_(-3.09) MeV. / SNO+, der Nachfolger des Sudbury Neutrino Observatorys, ist ein bevorstehendes Niederenergie-Neutrino-Experiment im 2 km tiefen Untergrundlabor SNOLAB in Kanada. Die Acryl-Kugel im Zentrum des Detektors wird mit 780 t LAB gefüllt werden. Das Hauptziel von SNO+ ist die Suche nach dem neutrinolosen Doppelbetazerfall von 130Te mit einem neuartigen Szintillator, in dem natürliches Te mit einer Anfangskonzentration von 0.3% über Wasser und ein Tensid gebunden wird. In dieser Arbeit wird erstmals die Messung der Alpha-Teilchen und Proton Quenching Parameter in diesem und in normalem LAB beschrieben. Die Parameter sind unverzichtbar für eine effiziente Untergrund Unterdrückung, die notwendig ist um auf das bestehende Limit in 76Ge von T1/2(0v) > 2.1 x 10^(25) y (90% C.L.) sensitiv zu sein. Der ermittelte Quenching Parameter bei 0.3% Te beträgt kB = (0.0070 +/- 0.0004) cm/MeV für Alpha-Teilchen und kB = (0.0090 +/- 0.0003) cm/MeV für Protonen. Zusätzlich wird erstmals die spektrale Sensitivität von SNO+ auf Supernova Elektron Anti-Neutrinos und Muon and Tau (Anti-)Neutrinos bestimmt über den inversen Betazerfall und die elastische v-p Streuung zusammen mit den gemessenen Quenching Parametern. Die ermittelte Sensitivität auf die mittlere Energie der Elektron Anti-Neutrinos ist E = 15.47^(+1.54)_(-2.43) MeV und der Muon und Tau (Anti-)Neutrinos ist E = 17.81^(+3.49)_(-3.09) MeV.

T2K est une expérience de neutrinos à longue ligne de base à base d'accélérateurs au Japon. Le but principal de l'expérience T2K est la recherche d'une violation de la PC dans le secteur du lepton en mesurant l'apparence (anti)neutrino des électrons dans un faisceau muon (anti)neutrino. Le flux (anti) neutrino initial est produit par les désintégrations des hadrons qui proviennent des interactions et des ré-interactions d'un faisceau de protons de 30 GeV avec une cible en graphite de 90 cm de long. La connaissance du flux de neutrinos T2K est limitée en raison des grandes incertitudes liées à la production de hadrons. Une série de mesures de production d'hadrons a été effectuée pour résoudre ce problème, dans l'expérience NA61/SHINE au CERN. Les mesures ont été effectuées avec un faisceau de protons et deux types de cibles : une cible en graphite mince et une réplique de la cible T2K. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur les données cibles de la réplique T2K prises en 2010 et sur le développement du logiciel d'analyse et d'étalonnage. Le but de ces mesures est de contraindre complètement la production de π+, π+, π-, K+, K+, K- et p provenant de la surface cible en mesurant les rendements différentiels en hadrons dans les cellules du momentum de particules sortant (p), l'angle polaire (θ) et la position longitudinale sur la surface cible (z). Cela permettra de réduire les incertitudes du flux de neutrinos T2K d'environ 10 % à moins de 5 %. Les prédictions de Fluka2011.2c.5 Les listes de physique Monte Carlo, NuBeam et QGSP_BERT de Geant4.10.03 ont été comparées aux données et il a été constaté que Fluka2011.c2.5 donne la meilleure prévision. / T2K is an accelerator-based long-baseline neutrino experiment in Japan. The main goal of the T2K experiment is a search for CP violation in the lepton sector by measuring electron (anti) neutrino appearance in a muon (anti)neutrino beam. Initial (anti) neutrino flux is produced in decays of hadrons which originate from the interactions and the re-interactions of a 30 GeV proton beam with a 90 cm long graphite target. Knowledge of the T2K neutrino flux is limited due to large hadron production uncertainties. A series of hadron production measurements were done to solve this problem, in the NA61/SHINE experiment at CERN. Measurements were performed with a proton beam and two target types: a thin graphite target and a replica of the T2K target. Work presented in this thesis concentrates on the T2K replica target data taken in 2010 and the development of the analysis and calibration software. The aim of these measurements is to fully constrain production of π+ , π− , K+ , K− and p coming from the target surface by measuring differential hadron yields in the bins of outgoing particle momentum (p), polar angle (θ) and longitudinal position on the target surface (z). This will allow reduction of the T2K neutrino flux uncertainties from around 10% to below 5%. Predictions of Fluka2011.2c.5 Monte Carlo, NuBeam and QGSP_BERT physics lists from Geant4.10.03 have been compared to the data and it has been found that Fluka2011.c2.5 gives the best prediction.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 354736 bytes, checksum: 7cf5aa1bfd0c39f4aa895f8ab4ba7e67 (MD5) Previous issue date: 2012-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / For a long time it is known that neutrinos have mass and are also able to oscilate between their flavor states. However, the Standard Model only contain massless neutrinos, what lead us to believe that, among other known issues of the model, it is not the final theory. If we want to give an explanation to the neutrino masses we would have to extend the Standard Model in such a way to naturally accommodate these tiny masses. A great number of mechanisms appeared for such matters and the Canonical Seesaw Mechanism was highly accepted for its simplicity and beautifulness. Simple because it demands the addition of a minimal set of fields possible to obtain the neutrino mass at the order of sub-eV. Beautiful because it requires the breaking of lepton number at the scale of Great Unification Theories, bringging effects of high energy theories to low energy ones. Nevertheless, its beauty has a price. It will be impossible for the Canonical Seesaw Mechanism to be tested in recent and future experiments, hence new mechanisms emerged with the possibility of being probed by the experiments. We propose a mechanism based on the Inverse Seesaw Mechanism, which gives rise to the neutrino mass at sub-eV relying on a tiny leptonic breaking scale μ ∼ KeV. The Inverse Seesaw is not able to explain, in a natural way, the smallness of the μ parameter and it is here that our modifications emerge. With the introduction of new scalar fields and assuming a Z5⊗Z2 symmetry it is possible to dinamicaly explain the smallness of μ and also recover the Canonical Seesaw formula for the neutrino masses. Along with that, the right-handed neutrinos are able to be at the eletroweak scale, hence it is possible to test the model in actual experiments. / Sabemos há vários anos que os neutrinos possuem massa, bem como oscilam entre seus estados de sabor. No entanto, o Modelo Padrão contém apenas neutrinos sem massa, o que nos leva a crer, juntamente com outros problemas conhecidos da teoria, que ele não é a teoria final. Se quisermos explicar as massas dos neutrinos, devemos estender o Modelo Padrão de tal forma a acomodar estas pequenas massas naturalmente. Muitos mecanismos com este fim surgiram e o Mecanismo Seesaw Canônico se destacou por sua simplicidade e beleza. Simples por exigir a menor modificação possível do Modelo Padrão para que ele seja realizado. Belo pois requer a quebra explícita do número leptônico em uma escala de energia da ordem da escala das Teorias de Grande Unificação, trazendo efeitos de teorias a altas energias para teorias a baixas energias. Contudo, sua beleza tem um preço. Em experimentos recentes e futuros é impossível que o Mecanismo Seesaw Canônico seja testado, consequentemente novos mecanismos surgiram com a possibilidade de que os experimentos possam comprová-los. Nossa proposta é baseada no Mecanismo Seesaw Inverso, cujo objetivo é gerar a massa dos neutrinos da ordem de sub-eV através de uma pequena escala de quebra do número leptônico μ ∼ KeV. O Seesaw Inverso não é capaz de explicar de uma forma natural a pequenez do parâmetro μ e é neste ponto que nossas modificações surgem. Com a introdução de novos campos escalares e assumindo uma simetria Z5 ⊗ Z2 é possível explicar dinamicamente a pequenez de μ e também recuperar a fórmula para as massas dos neutrinos obtidas no Seesaw Canônico. Juntamente com isso, os neutrinos de mão-direita podem ter massas até da ordem da escala Eletro-Fraca, portanto passa a ser possível que este modelo seja testado em experimentos atuais.

Neste trabalho foi estudado como a materia escura pode ser capturada por corpos celestes e como a ela pode se comunicar com o Modelo Padrao atraves de sua aniquilacao em quarks e leptons. Os hadrons e leptons gerados podem decair em neutrinos que podem ser detectados por experimentos na Terra. Como tres tipos de neutrinos de autoestados de sabor ja foram observados experimentalmente e que diversos dados experimentais evidenciam oscilacao de sabor entre esses neutrinos, e preciso levar essa fenomenologia em consideracao ao estudar os neutrinos produzidos pela materia escura. O formalismo que permite considerar oscilacoes de neutrinos e ao mesmo tempo colisoes elasticas e inelasticas na materia e o formalismo de matriz densidade. Com ele estudamos o fluxo de muons gerados por neutrinos provenientes da aniquilacao da materia escura no interior do sol e como utilizar esse resultado para testes de modelos de particulas para materia escura. / In this work was studied how dark matter can be captured by celestial bodies and how it can communicate with the Standard Model through its annihilation in quarks and leptons. The hadrons and leptons generated can decay in to neutrinos which can be detected by experiments in Earth. As three types of neutrino flavor eigenstates have been observed experimentally and many experimental data have shown the flavor neutrino oscillate, it is necessary use this phenomenology when studying neutrinos produced by Dark Matter. The formalism that allows considering neutrino oscillations and, at same time, elastic and inelastic matter collisions is the density matrix formalism. With this formalism we studied the muons flux produced by neutrinos coming from dark matter annihilation inside the sun and how to use these results to test particle models for dark matter.

Nesta tese, investigamos diversos tópicos atuais e relevantes em física de neutrinos. Contribuimos com a análise da determinação do menor ângulo de mistura leptônico, ômega 13, e estudamos, de maneira probabilística, o impacto decorrente na matriz de massa dos neutrinos. Tendo em vista o último parâmetro de oscilação desconhecido, a fase de violação de CP, estudamos uma medida apropriada para experimentos como T2K e NOvA, chamada fração de exclusão de CP. Além disso, analisamos as antigas e recentes anomalias dos experimentos de oscilação de neutrinos em curtas distâncias, realizando o mais completo e detalhado ajuste global até o presente momento. / In this thesis, we investigate several recent and relevant topics in neutrino physics. We have contributed to the analysis of the smallest mixing angle, omega13, and we have studied, in a probabilistic fashion, the consequent impact in the neutrinos mass matrix. In view of the last unknown oscillation parameter, the CP violation phase, we study an appropriate measure for experiments like T2K and NOvA, the CP exclusion fraction. Besides, we analyses the recent and older anomalies of short baseline neutrino oscillation experiments, performing the most complete and detailed global fit up to date.

O principal objetivo deste trabalho é propor testes para alguns aspectos do modelo padrão supersimétrico mínimo (MSSM), proposto como extensão do modelo padrão de física de partículas. Mais especificamente, testamos cenários de quebra de supersimetria mediada por interações de calibre (gauge). Mostramos como determinar limites para a escala de quebra de supersimetria e formas de detectar indiretamente partículas supersimétricas. Propomos testes a serem realizados por Telescópios de neutrinos como também por telescópios de uorescência atmosférica. Nestes cenários as partículas supersimétricas se originam a partir da interação de neutrinos cosmológicos de altíssimas energias com núcleons no interior da Terra. Determinamos, a partir de simulações Monte Carlo, os sinais a serem detectados nestes telescópios. A detecção indireta destas partículas é baseada em seu decaimento, que pode ocorrer no interior da Terra ou na atmosfera, produzindo um tau mais um gravitino. Propomos aqui como testar estes cenários, tanto com a detecção de taus em telescópios de neutrinos bem como em telescópios de uorescência atmosférica. Como os decaimentos estão ligados a uma janela restrita para a escala de quebra de supersimetria, entre ~105 GeV e 107 GeV, propomos não somente formas de detectar partículas supersimétricas, mas também, como testar a escala de quebra de supersimetria nos cenários considerados. Mostramos aqui que é possível observar sinais provocados por partículas supersimétricas nas duas situações experimentais avaliadas / The main goal of this research is to propose probes of aspects of the minimal supersymmetric standard model (MSSM), assuming gauge mediated supersymmetry breaking scenarios. More specifically, how to determine limits for the supersymmetry breaking energy scale and ways for indirect detection of supersymmetric particles. We propose tests to be carried out both by neutrino telescopes as well as by atmospheric uorescence. Under these scenarios, supersymmetric particles originate from ultrahigh energy cosmological neutrinos interacting with nucleons inside the Earth. Through Monte Carlo simulations, we determine the signatures will be left in these telescopes. The indirect detection of these particles is based in their decay, which can occur inside the Earth or at the atmosphere, producing a tau plus a gravitino. Here we propose how to probe these scenarios, either by detecting taus, generated in the decay, in neutrino telescopes or in atmospheric uorescence telescopes. As these decays are connected to a restrict window for the supersymmetry breaking energy scale, which would be between ~105 GeV and ~107 GeV, we are proposing not only ways of detecting supersymmetric particles as well as how to probe the supersymmetry breaking energy scale in the scenarios considered. We show here that it is possible to observe these signals in two setups evaluated.