O objetivo desta dissertação foi estudar os sinais que neutrinos provenientes de supernovas galáticas poderão produzir em detectores futuros, através de simulações de eventos observados na Terra por um detector Cherenkov pela reação de decaimento beta inverso. Por ser um local único em que neutrinos se encontram em condições de equilíbrio térmico, a física de neutrinos de supernova pode ser fonte de novo conhecimento na física de partículas elementares. Iniciamos o trabalho apresentando os aspectos mais importantes da física de neutrinos tal como é conhecida hoje, seguido de um estudo do papel do neutrino na explosão de uma supernova do tipo II e a influência das oscilações em futuras observações. As simulações foram feitas primeiramente considerando uma supernova de potencial estático, com a determinação de limites nos principais parâmetros que descrevem sua dinâmica. Utilizamos os casos de hierarquia normal e inversa e ângulos de mistura nos limites totalmente adiabático e não-adiabático. Posteriormente consideramos uma supernova de potencial dinâmico, a partir da qual estudamos o comportamento das probabilidades de transição e o perfil do espectro detectado nos mesmos casos anteriores. Com este potencial também foi possível observar o comportamento temporal do espectro e como este pode ser modificado com a hierarquia e ângulo de mistura. Mostramos que em uma futura detecção, o número de eventos e conseqüentemente sua variação com parâmetros de supernova não terão interferência considerável do efeito de onda de choque. Contudo, este pode causar distorções no espectro energético e temporal que poderão ter papel importante na determinação da hierarquia de massa e maior delimitação do ângulo de mistura. / The goal of this dissertation is to study the signals that supernova neutrinos could produce in future detectors, through simulations of events observed on Earth by a Cherenkov detector and inverse beta decay reaction. Since a supernova has been the only situation in which neutrinos are able to reach thermal equilibrium, the physics of supernova neutrinos can be source of a new knowledge in physics of elementary particles. We begin this work presenting the most important aspects of neutrino physics as known today, and then studying the role of neutrino in a type II supernova explosion and the oscillation influence in future observations. The simulations were initially performed considering a static potential, defining limits for the main parameters that describe its dynamics. We considered the cases of normal and inverse mass hierarchy and mixing angles within fully adiabatic and non-adiabatic limits. Later we used a supernova dynamic potential to study behavior of transitions probabilities and the profile of the spectrum detected in these previous cases. From this potential we also observed the temporal behavior of the spectrum and how it can be modified with the hierarchy and the mixing angle. We show that, in a future detection, the number of events and hence their variations with supernova parameters, will not suffer interference of the shock wave effect. However, this effect can cause distortions in the energy and time spectrum that could have an important role in determining the mass hierarchy and better constraints for the mixing angle.

Estudamos o modelo spin-boson, principalmente no limite semiclassico (muitos fotons) e classico (muitos atomos), e as estatisticas dos niveis de energia nnd e DELTA IND.3 a ele relacionadas. No caso classico, encontramos que o comportamento caotico do sistema para baixas energias esta fortemente relacionado com polarizacao nula e quase nenhum foton presente no estado inicial. / The spin-boson model, its classical (many atoms) and semiclassical (many fotons) limits are studied. The NND and IND. 3 statistics of the energy are showed in a quantum and semiclassical calculations. In the classical case, the chaotic behaviour of the system for low energies is related to the fact that, in the initial states, the atoms have zero polarization and no fotons are included.

Orientador: Carlos Ourivio Escobar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:03:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ortiz_JefersonAltenhofen_D.pdf: 1112713 bytes, checksum: 5233f656ebd05b0fd2ac0f7d24b9ce9b (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar um código de simulação por Monte Carlo do perfil longitudinal de chuveiros atmosféricos extensos, dando-se ênfase a chuveiros com energias extremamente altas (>10 18 eV). Este código consiste em um método híbrido de simulação, baseado em chuveiros piônicos pré-simulados e em uma técnica recursiva, o qual calcula com eficiência e rapidez o desenvolvimento de chuveiros atmosféricos, possibilitando prever o perfil longitudinal médio do chuveiro, o número de múons ao nível de observação experimental acima de vários limiares de energia, explorar as propriedades dos chuveiros e investigar a influência dos modelos de interações hadrônicas nas grandezas observadas em um experimento de raios cósmicos. O método híbrido permite simular um número grande de chuveiros com energias extremamente altas e obter informações importantes referentes às flutuações das componentes eletromagnética e hadrônica de chuveiros. No primeiro capítulo pretende-se fornecer um entendimento sobre raios cósmicos, a dificuldade das investigações realizadas, de que modo estas partículas cósmicas induzem os chuveiros atmosféricos extensos e como os chuveiros se desenvolvem na atmosfera. A física necessária para compreensão mais aprofundada deste fenômeno atmosférico e de seu desenvolvimento longitudinal é explorada no segundo capítulo. No terceiro capítulo é apresentado o método híbrido para simulação de chuveiros por Monte Carlo, bem como suas possíveis aplicações. São apresentadas as principais características de chuveiros atmosféricos induzidos por prótons com energias até 10 20;5 eV, comparando as previsões dadas por diferentes modelos de interações hadrônicas. A influência dos modelos de interações hadrônicas na evolução do chuveiro, em particular na taxa de elongação, é discutida. A aplicabilidade de aproximações analíticas para a multiplicidade muônica em função da energia também é investigada. Por fim, o trabalho é sumariado, discutindo-se os pontos mais importantes, as limitações e a eficácia do método híbrido, bem como as aplicações futuras / Abstract: The goal of this thesis is present a fast one dimensional hybrid method by Monte Carlo scheme to efficiently simulate the longitudinal development of extensive air showers up to the highest observed energies (>10 18eV). Based on precalculated pion showers and a bootstrap technique, the method predicts the average shower profile, the number of muons at detector level above several en-ergy thresholds as well as the investigation of many air shower properties and the influence of the hadronic interaction models on shower observables. The hybrid method allows the collection of sufficiently high Monte Carlo statistics without losing important information about the fluctuations of the electromagnetic and hadronic components of the shower. This thesis is structured as follows. Chapter one intends to provide a brief explanation about cosmic rays, obstacles in cosmic rays investigation and detection, and how such cosmic particles might generate extensive showers in the atmosphere. In chapter two it supplies the necessary physics to understand very carefully this atmospheric phenomenon and its longitudinal development. Chapter three describes the hybrid method, demonstrates the self-consistency of the method, and shows some possible applications. It is applied the hybrid method to proton induced showers at fixed energy up to 1020;5 eV providing predictions from different hadronic interaction models. In addition the elongation rate theorem is discussed in terms of the different hadronic models and their influence on shower evolution in the atmosphere. An alternative muon multiplicity parametrization is also investigated. Chapter four summarizes the results, examining some weak points and important applications as well as further investigations / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Orlando Luís Goulart Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T09:46:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Stenico_GabrielaVitti_M.pdf: 1514550 bytes, checksum: b70ae6f3e134ec870b16bf48feb2f637 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neutrinos atmosféricos são produzidos a partir de interações de raios cósmicos com a atmosfera terrestre que geram partículas secundárias instáveis as quais decaem fracamente em neutrinos. Por possuirem um amplo espectro de energia, que engloba algumas centenas de MeV a energias na ordem de TeV, esses neutrinos são bons objetos no teste de novas teorias, bem como no estudo do fenômeno de oscilação de neutrinos, onde há mudança do estado de sabor do neutrino para outro. Além disso, neutrinos atmosféricos constituem o ruído de fundo na calibração de telescópios de neutrinos astrofísicos e na busca por processos raros, o que nos motiva a estudar como se dá sua produção e evolução na atmosfera. Desse modo, buscamos determinar o fluxo de neutrinos atmosféricos através das reações básicas de criação dos mesmos por interações fracas e dos processos de absorção e espalhamento das partículas-mães carregadas, como píons e múons, gerados pela interação de prótons, principal constituinte dos raios cósmicos, com a atmosfera. Para isso, procederemos a resolver sistemas de equações de cascatas que relacionam termos sumidouros e fonte das partículas do fluxo para obtermos sua evolução até a superfície terrestre, de modo a incluir as características da atmosfera e geometria de incidência do feixe de partículas primárias, avaliando a consistência dos cálculos e comparando-os com resultados presentes na literatura. Feito isso, estenderemos o resultado incluindo um decaimento exótico, que não existe no Modelo Padrão, para ver se podemos testá-lo em experimentos de neutrinos atmosféricos / Abstract: Atmospheric neutrinos are produced by interactions of cosmic rays with the Earth¿s atmosphere that create unstable secondary particles which weakly decay into neutrinos. Because of its wide energy spectrum, that covers energies of few hundred of MeV until energies on the order of TeV, these neutrinos are good objects on the test of new theories as well as the study of neutrino oscillation phenomenon where there is a change in the state of neutrino flavour to another. In addition, atmospheric neutrinos constitute background and calibration beam for astrophysical neutrino telescopes and the search for rare processes, which motivates us to study how is its production and evolution in the atmosphere. In this way, we want to determine the flux of atmospheric neutrinos through the basic reactions of its creation by weak interactions and the processes of absorption and scattering of charged parent particles, as pions and muons, generated by the interaction of protons, main constituent of cosmic rays with the atmosphere. For this, we will solve cascade equations that relate source and sink terms of the particle flux to obtain its evolution until the earth surface, including the atmosphere characteristics and geometry of primary particle incidence beam, evaluating the consistency of the calculations and comparing them with the results found in the literature. Done that, we will extend the results including an exotic decay, which does not exist in the Standard Model, to see if we can test it on atmospheric neutrino experiments / Mestrado / Física / Mestra em Física / 156339/2013 / 2014/00347-3 / CNPQ / FAPESP

Orientador: Sandra dos Santos Padula / Banca:Eduardo de Moraes Gregores / Banca: Fernando Silveira Navarra / Banca: Lauro Tomio / Banca: Marcelo Gameiro Munhoz / Resumo: Apresentamos resultados de um estudo sistemático do papel das equações de estado no modelo hidrodinâmico. Simulamos colisões Au+Au para duas energias do Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), 130 e 200 GeV por nucleon, para compararmos os nossos resultados aos dados experimentais desse acelerador. Utilizando as mesmas condições iniciais e mecanismo de desacoplamento, analisamos os efeitos de diferentes equações de estado sobre alguns observáveis físicos através dos resultados de suas respectivas evoluções hidrodinâmicas. Os observáveis de interesse nesse trabalho são o espectro de partículas, o fluxo elíptico, usado para estudar o impacto das equações de estado nas anisotropias do estado final, e os parâmetros de raio estimados através do efeito Hambury-Brown-Twiss (HBT). São estudadas três diferentes equações de estado, cada uma enfocando diferentes características do sistema formado, tais como a natureza da transição de fase, densidades de estranheza e bariônica. Essas diferentes equações de estado implicam em diferentes respostas hidrodinâmicas sobre os observáveis. Embora as três equações de estado utilizadas no cálculo descrevam razoavelmente bem os dados experimentais, as diferenças observadas são pequenas, demonstrando pouca sensibilidade dos resultados finais a cada escolha particular de equação de estado / Abstract: We present results of a systematic study of the role of the equation of state in the hydrodynamic model. We simulate Au+Au collisions for two energies of the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), 130 and 200 GeV per nucleon, in order to compare our results to the collider data. By using the same initial conditions and freeze-out scenario, we analysed the effects of different equations of state on some physical observables trough the results of their respective hydrodynamical evolution. The observables of interest investigate here are particle spectra, elliptic flow, used to study the impact of the equations of state on final state anisotropies, and radii parameters estimated by the Hambury-Brown-Twiss effect (HBT). Three different types of equation of state are studied, each focusing on different features of the system, such as the nature of the phase transition, strangeness and baryon densities. These different equations of state imply different hydrodynamic responses on the observables. Although the three equations of state used in the calculations describe the data reasonably well, some small differences are observed, showing weak sensitivity of the results on the particular choice of equation of state / Doutor

Orientador: Weiliang Qian / Coorientador: Kai Lin / Banca: Marcelo Batista Hott / Banca: Otávio Socolowski Junior / Resumo: Nesta dissertação, investigamos o algoritmo numérico conhecido como hidrodinâmicos de Partículas Suavizadas (SPH). O algoritmo de interpolação SPH é amplamente utilizado para equações diferenciais e para aplicações como problemas em colisões de íons pesados, por exemplo, modelo Landau unidimensional e expansão transveral de escala longitudinal. Propriedades importantes, precisão, eficiência e estabilidades, são discutidas. Como SPH é um método sem malha, os méritos e desvantagens comparados com os métodos baseados em grade anteriores são resumidos. Para colisão de alta energia, o sistema composto pode ser modelado pela hidrodinâmica. Em particular, a equação de Euler e sua versão relativística são abordadas. Além do método SPH convencional, o método de partículas finitas (FPM), que faz uso da expansão da série Taylor de funções suaves desconhecidas, também é investigado. Para o modelo Landau unidimensional, ambos os algoritmos são aplicados e os resultados são comparados. Devido à melhor precisão do FPM, a equação de movimento hidrodinâmica correspondente é derivada. Mostramos que a equação de movimento derivada garante uma melhor consistência das partículas. Também foram feitos esforços no desenvolvimento de programas para estudar a solução numérica do modelo hidrodinâmico de Landau. Escrevemos alguns programs curtos em c++ para calcular numericamente a evolução temporal do modelo de Landau. Os resultados são então comparados aos da abordagem analítica. Além disso, o código ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this dissertation, we investigate the numerical algorithm known as the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). The SPH interpolation algorithm are widely used for partial differential equations and for applications such as problems in heavy ion collisions for instance one dimensional Landau model and transverse expansion under a longitudinal scaling expansion. Important properties accuracy, efficiency, stability are discussed. As SPH IS a mesh free method, the merits and drawbacks comparing with previous grid based methods are summarized. For high energy collision, the compound system can be modeled by hydrodynamics. In particular, the Euler equation and its relativistic version are addressed. Besides the conventional SPH method, the finite particle method (FPM) which makes use of the Taylor series expansion of unknown smooth functions is also investigated. For the one dimensional Landu model, both algorithms are applied and results are compared. Owing to the better accuracy of the FPM, the corresponding hydrodynamic equation of motion is derived. We show that the derived equation of motion guarantees better particle consistency. Efforts have also been made in developing programs to study the numerical solution of Landau's hydrodynamical model. We write some short programs in c++ to numerically calculate the temporal evolution of Landau's model. The results are then compared to those of the analytic approach. Moreover the code based on the standard SPH algorithm is modified to investigate FPM scheme / Mestre

Revisamos sistemáticamente el proceso de producción de di-muones vía la dispersión de neutrinos en el campo Coulombiano del núcleo, conocido como producción tridente de neutrinos. A pesar de que este proceso tiene una sección de choque pequeña comparada con el proceso de dispersión neutrino-núcleo vía corriente cargada inclusiva en el Modelo Estándar, se caracteriza por una señal experimental muy clara. El par de muones cargados opuestamente es caracterizado investigando sus distribuciones cinemáticas. Para esto, hemos implementado una simulación detallada del proceso de producción tridente de neutrinos en el generador de eventos Montecarlo GENIE; y analizamos y simulamos los backgrounds relevantes. También exploramos métodos de Análisis Multivariado para mejorar la selección de la señal en el contexto de detectores tipo MINERVA y DUNE como representantes de experimentos de neutrinos de aceleradores presentes y venideros. / We systematically review the di-muon production via neutrino scattering off the Coloumb éld of nuclei, referred to as neutrino trident production. While this process has a small cross section compared to the SM charged-current inclusive neutrino nucleus channel, it features a very clear experimental signature. The oppositely charged muons are characterized by investigating their kinematical distributions. For this, we have implemented a very detailed simulation of neutrino trident production in the GENIE MC and make an analysis and simulation of relevant backgrounds. We further explore Multivariate Analysis methods to enhance signal selection in the context of a MINERVA-like and DUNE-like detectors as representative of current and forthcoming accelerator-based neutrino experiments.

El fenómeno de oscilaciones de neutrinos ha sido extensamente estudiado experimentalmente y teóricamente en las últimas décadas. Esto no sólo implicó su confirmación sino también la medida de casi todos los parámetros asociados a ésta. Sin embargo, aún quedan pendientes algunas incógnitas por resolver como son la jerarquía de las masas de los neutrinos, la determinación de la fase que viola la simetría carga-paridad, el problema de las degeneraciones, entre otras. Para poder ser resueltos muchos de estos problemas requieren experimentos de gran escala y con la más óptima tecnología para la detección de neutrinos. El experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) tendrá estas capacidades. Este experimento tiene una distancia fuente – detector de 1300km contando con un detector cercano de alta precisión y uno lejano de 40 kton hecho de Argón Líquido. Estas características no sólo permitirán resolver los problemas mencionados sino que además permitirán estudiar, por ejemplo, neutrinos provenientes del colapso de supernovas, así como el decaimiento del protón, entre otros procesos. En esta tesis se ha realizado una revisión detallada de la física de oscilación de neutrinos tanto en vacío como en materia, incorporando a este último el decaimiento invisible de neutrinos. Este fenómeno aunque descartado hoy para la explicación del problema de los neutrinos solares y atmosféricos. Tiene Actualmente una relevancia como un efecto subdominante dentro de las oscilaciones de neutrinos. Haciendo que la probabilidad de oscilación sufra un amortiguamiento. En esta tesis estudiaremos la sensibilidad de DUNE al nuevo parámetro que corresponde al decaimiento invisible de neutrinos. Viendo como distintos valores de este parámetro modifican el espectro de energía producido por los eventos que se observarían en DUNE. Nuestras simulaciones han sido hechas utilizando el paquete GLoBES (General Long Baseline Experiment Simulator) y usando como datos de entrada inputs, distribuciones proporcionadas por el propio experimento.

The discovery of the Higgs boson in the 8 TeV run of the LHC [1, 2] marks one of the most important milestones in particle physics. Its mass is already known rather precisely: mh = 125.09 ± 0.21 (stat.) ±0.11 (syst.) GeV [3], and the signal strength of various LHC searches has been found consistent with the SM predictions. While this completes the Standard Model (SM) particle-wise, several questions still remain open, for example: (i) Is it possible to include the SM in a grand unified theory where all gauge forces unify? (ii) Is there a particle physics explanation of the observed dark matter relic density? (iii) What causes the hierarchy in the fermion mass spectrum and why are neutrinos so much lighter than the other fermions? What causes the observed mixing patterns in the fermion sector? (iv) What stabilizes the Higgs mass at the electroweak scale? Supersymmetric model address several of these questions and consequently the search for supersymmetry (SUSY) is among the main priorities of the LHC collaborations. Up to now no significant sign for physics beyond SM has been found. The combination of the Higgs discovery with the (yet) unsuccessful searches has led to the introduction of a model class called ‘natural SUSY’ [4–15]. Here, the basic idea is to give electroweak-scale masses only to those SUSY particles giving a sizeable contribution to the mass of the Higgs boson, such that a too large tuning of parameters is avoided. All other particle masses are taken at the multi-TeV scale. In particular, masses of the order of a few hundred GeV up to about one TeV are assigned to the higgsinos (the partners of the Higgs bosons), the lightest stop (the partner of the top-quark) and, if the latter is mainly a left-stop, also to the light sbottom In addition the gluino and the heavier stop masses should also be close to at most a few TeV. Neutrino oscillation experiments confirm that at least two neutrinos have a non-zero mass. The exact mass generation mechanism for these particles is unknown, and both the SM and the MSSM remain agnostic on this topic. Although many ways to generate neutrino mass exist, perhaps the most popular one is the seesaw mechanism [16–21]. The main problem with the usual seesaw mechanisms lies on the difficulty in testing its validity. In general, if Yukawa couplings are sizeable, the seesaw relations require Majorana neutrino masses to be very large, such that the new heavy states cannot be produced at colliders. In contrast, if one requires the masses to be light, then the Yukawas need to be small, making production cross-sections and decay rates to vanish. A possible way out of this dilemma lies on what 3 is called the inverse seesaw [22], which is based on having specific structures on the mass matrix (generally motivated by symmetry arguments) to generate small neutrino masses. This, at the same time, allows Yukawa couplings to be large, and sterile masses to be light. We consider here a supersymmetric model where neutrino data are explained via a minimal inverse seesaw scenario where the gauge-singlet neutrinos have masses in the range O(keV) to O(100 GeV). We explore this with a parametrization built for the standard seesaw, and go to the limit where the inverse seesaw emerges, such that Yukawas and mixings become sizeable. Although non-SUSY versions of this scenario can solve the dark matter and matter-antimatter asymmetry problems [23–25], we shall make no claim on these issues in our model. In view of the naturalness arguments, we further assume that the higgsinos have masses of O(100 GeV), whereas the gaugino masses lie at the multi-TeV scale (see [26] for an example of such a scenario). In addition, we assume all squarks are heavy enough such that LHC bounds are avoided, and play no role in the phenomenology within this work1. In contrast we allow for fairly light sleptons and investigate the extent to which current LHC data can constrain such scenarios. This paper is organized as follows: in the next section we present the model. Section III summarizes the numerical tools used and gives an overview of the LHC analysis used for these investigations. In Section IV we present our findings for the two generic scenarios which differ in the nature of the lighest supersymmetric particle (LSP): a Higgsino LSP and a sneutrino LSP. In Section V we draw our conclusions. Appendices A and B give the complete formulae for the neutrino and sneutrino masses.

We apply the Jansson-Farrar JF12 magnetic field model in the context of point source searches by correlating the Telescope Array ultrahigh energy cosmic ray data and the IceCube-40 neutrino candidates, as well as other magnetic field hypotheses. Our field hypotheses are: no magnetic field, the JF12 field considering only the regular component, the JF12 full magnetic field, which is a combination of regular and random field components, and the standard turbulent magnetic field used in previous correlation analyses. As expected from a neutrino sample such as IceCube-40, consistent with atmospheric neutrinos, we have found no significant correlation signal in all the cases. Therefore, this paper is mainly devoted to the comparison of the effect of the different magnetic field hypotheses on the minimum neutrino source flux strength required for a 5σ discovery and the derived 90% C.L. upper limits. We also incorporate in our comparison the cases of different power law indices α= 2.2, α=2.5 for the neutrino point source flux. The differences in the 5σ discovery flux for our magnetic field hypotheses is ∼1%–50%, being the maximum difference with the regular JF12 field and standard turbulent field models, being the standard turbulent higher than the regular one, while the minimum is between the no magnetic field and regular JF12 field. Considering the current flux upper limits, we find that IceCube requires a lifetime ≳5 years to observe neutrino-UHECR correlation signals. Our analysis for different power law indices yielded the same relative behavior between different magnetic field models.