In this work we review the basic principles of the theory of the relativistic bosonic string through the study of the action functionals of Nambu-Goto and Polyakov and the techniques required for their canonical, light-cone, and path-integral quantisation. For this purpose, we briefly review the main properties of the gauge symmetries and conformal field theory involved in the techniques studied. / Neste trabalho fazemos uma revisão dos princípios básicos da teoria da corda bosônica relativística através do estudo dos funcionais ação de Nambu-Goto e de Polyakov e das técnicas necessárias para sua quantização canônica, no cone de luz e usando integrais de trajetória. Para tanto apresentamos uma pequena revisão das principais propriedades das simetrias de calibre a da teoria de campos conforme envolvidas nas técnicas estudadas.

Mediu-se a razão de ramificação do decaimento semi-leptônico \"K IND.L->\"pi\"POT.0\"\"pi\" POT, +/-\" e \"ANTPOT.-/+nu\" (\"BR IND.\"K POT.0\"IND.E4\" = [5.19 =/- \"0.09 IND.sist\"] X \"10 POT.-5\"), baseado numa amostra de 4000 eventos sobre um fundo residual a ser subtraído de 143 (3.6%) eventos. Os dados foram coletados pelo experimento KTeV no Fermilab. A contaminação residual é compatível com \"K IND.->\"\"pi\"POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\"\"gama\" ou \"K IND.L->\"\"pi\"POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\" ou \"K IND.L\" ->\"pi\" POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\" na presença de um ou dois fótons acidentais, respectivamente. A contribuição dominante ao erro sistemático advém de uma discrepância observada entre dados/Monte Carlo com respeito à eficiência de detecção ao longo da direção do feixe de káons. O modo de normalização utilizado na medida da razão de ramificação foi \"K IND.L\" ->\"pi\"POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\". Correções radiativas eletromagnéticas de ordem \"\"alfa\"IND.QED\" foram incluídas no Monte Carlo de simulação, tendo a fração radiativa sido conferida por meio de um cálculo analítico, incluindo bremsstrahlung interno e correções virtuais, das quais a correção de vértice fornece uma contribuição finita após o processo de renormalização. Por meio de um ajuste ao espectro e construído do decaimento, três dos fatores de forma que parametrizam o elemento de matriz hadrônica também foram medidos, cujos valores indicam uma violação da regra empírica \"delta\"I=1/2 de cerca de 2%. A dependência, em primeira ordem, de um dos fatores de forma com o momento transferido aos léptons \"q POT.2\" também foi obtida, possibilitando a resolução da ambiguidade quadrática entre \"\"gama\"IND.K\" IND.E.4\" a constante de acoplamento \"L IND.3\" em Teoria de Perturbação Quiral e permitindo uma medida direta dessa constante (\"L IND.3\"=[-4.0 =/- 0.3] X \"10 POT.-3\"). / We have measured the branching fraction of the \"K IND.L->\"pi\"POT.0\"\"pi\" POT, +/-\" e \"ANTPOT.-/+nu\" decay (\"BR IND.\"K POT.0\"IND.E4\" = [5.19 =/- \"0.09 IND.sist\"] X \"10 POT.-5\"), based on a 4000 candidates sample over a residual background of 143 (3.6%) events. The data was collected by the KTeV experiment at Fermilab. The remaining contamination is consistent with \"K IND.->\"\"pi\"POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\"\"gama\" ou \"K IND.L->\"\"pi\"POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\" ou \"K IND.L\" ->\"pi\" POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\" plus one or two accidental photons, respectively. The leading contribution to the systematic error comes from an observed discrepancy between data/Monte Carlo for the detection efficiency along the kaon beam direction. The \"K IND.L\" ->\"pi\"POT.=/-\" e \" ANTPOT.=/-\"nu\" decay was used as normalization mode for the purpose of branching fraction measurement. Radiative corrections of order \"\"alfa\"IND.QED\" were included into the Monte Carlo, the radiative fraction being crosschecked through an analytical calculation, which included internal bremsstrahlung and virtual corrections, of which the vertex correction gives a finite contribution after renormalization. Through a fit to the reconstructed decay spectrum, three form factors appearing in the parametrization of the hadronic matrix element were measured, whose values allow for a violation of the empirical \"delta\"I=1/2 rule of about 2%. We have also measured the first order dependence on the transfered momentum to the leptons of one of the form factors, solving the quadratic ambiguity between \"\"gama\"IND.K\" IND.E.4\" and the low energy coupling constant \"L IND.3\" from Chiral Perturbation Theory, allowing for a direct measurement of this constant (\"L IND.3\"=[-4.0 =/- 0.3] X \"10 POT.-3\").

Analisamos, em particular, a estabilidade das soluções tipo tracker. Nossa análise é global, baseando-se na existência de funções de Lyapunov para pontos críticos previamente identificados na literatura e já estudados no regime linear local. Aplicamos a metodologia desenvolvida no contexto cosmológico para encontrar soluções superaceleradas, definidas quando a equação de estado é muito negativa ( = p/ < -1), e estimar a bacia de atração em torno dos pontos fixos estáveis. Baseado nestes resultados, propomos um modelo livre de instabilidades clássicas e/ou quânticas capaz de descrever a recentemente descoberta fase de expansão acelerada do Universo, incluindo os eventuais regimes superacelerados levemente favorecidos pelos dados observacionais disponíveis atualmente. / We analyzes, in particular, the stability of tracker solutions. Our analyzes is global, based in the existence of Lyapunov functions for fixed points previously identified in the literature and studied in the local linear regime. The methodology developed in the cosmological context is applied to find superaccelerated solutions, defined when the equation of state is very negative ( = p/ < -1), and to obtain the attraction basin around the stable fixed point. Based in these results, we propose a model free of classical and/or quantum instabilities, capable of describing the recently discovered fase of accelerated expantion of the Universe, including the possible superaccelerated regime slightly favored by the available observational data.

Vários sistemas físicos podem ser tratados como problemas de espalhamento e, para esses problemas, uma quantidade observada surge naturalmente: a razão entre as intencidades reetidas e incidentes, a que damos o nome de coeciente de reexão. Essa dissertação está preocupada com o fenômeno conhecido como superradiância, isto é, quando esse coeciente é maior que a unidade. Exploraremos vários exemplos de tais sistemas e, mais importante, veremos como, além do interesse por si só, superradiância está relacionada com um número de questões importantes de pesquisa atual. Começamos com um pequeno resumo de resultados impotantes no capítulo um. No capí- tulo dois estabeleceremos um critério geral para decidir se espalhamento superradiante é observado baseando-se nas equações diferenciais ordinárias lineares homogêneas de segunda ordem (EDO) ou sistema linear de EDO homgêneas de primeira ordem que descrevem o processo e daremos um exemplo de sistema em que superradiância é observada. No capítulo três, focaremos em superradiância em buracos negros em rotação, e mostraremos como podemos calcular explicitamente o coeciente de reexão para ondas incidentes de diferentes spins. O capítulo quatro é dedicado à relação com a termodinâmica. Desenvolveremos a chamada termodinâmica de buracos negros, particularmente às assim chamadas primeira e segunda leis da termodinâmica de buracos negros, e aplicaremo-nas no contexto da superradiância de forma a generalizar alguns dos resultados do capítulo dois a buracos negros mais genéricos. Finalmente no capítulo cinco, exploraremos muitos dos aspectos quânticos da superradiância, incluindo a relação com o paradoxo de Klein e a versão quântica da superradiância de buracos negros. Para a última, explicaremos brevemente como normalmente se quantiza campos em espaço-tempo curvo. Exploraremos uma outra conexão com termodinâmica. Ao longo de todo o texto, analisamos a conexão entre superradiância, spin e estatística. / Several physical systems can be treated as a scattering process, and, for these processes, a natural observed quantity arises: the ratio between the reected and incident intensities, known as the reection coecient. This dissertation is concerned with the phenomenon known as superradiance, that is, when this coecient is larger than unity. We shall explore many examples of such systems, and, more importantly, we shall also see how, apart from the interest in its own right, superradiance is related to a number of important current research physical issues. We begin with a small survey of important results on chapter one. On chapter two, we establish a general criteria to decide whether or not superradiant scattering is observed based on the linear, second order, homogeneous ordinary dierential equation (ODE) or linear, rst order homogeneous systems of ODEs which describes the process and we shall give an example of system in which superradiance is observed. On chapter three, we focus on spinning black hole superradiance, we shall describe how one can compute explicitly the reection coecient for dierent spin waves. Chapter four is dedicated to the relations with thermodynamics. We develop what is meant by black hole thermodynamics, particularly the so-called rst and second law of black hole thermodynamics, and apply them in the context of superradiance, so we can generalise some of the results from chapter three to more general black holes. Finally, on chapter ve, we explore many of the quantum aspects of superradiance, including the relation with the Klein paradox, and the quantum version of black hole superradiance, for the later we will explain briey how one usually quantise elds in curved space-time. A further connection with thermodynamics is explored. Thorough all this text we analyse the connection between superradiance and spin and statistics.

Investigamos certas propriedades físicas da teoria de campos a temperatura finita. Mostramos que, na presença de campos externos bosonicos, o limite de altas temperaturas das funções de Green pode ser obtido supondo que todas as componentes dos momentos externos sao nulas, para todas as funções de Green 1PI em ordem de um laco e em ordem de dois laços para a auto-energia. No contexto do método do campo de fundo, este resultado implica que a lagrangiana efetiva estática de um campo externo bosonico pode ser obtida calculando a pressão na presença de um campo externo independente do espaço-tempo, no limite de altas temperaturas. Aplicamos este resultado para obter a lagrangiana efetiva estática de um campo de Maxwell interagindo com um plasma da QED em ordem de dois laços. Obtivemos também a lagrangiana efetiva estática de um campo gravitacional interagindo com um campo escalar real livre, e com um plasma da QED em ordem de dois laços. / We have investigated some physical proprieties of nite temperature field theory. We have shown that, in the presence of an external bosonic field, the high temperature limit of the static Green\'s functions can be obtained assuming that all components of the external momenta are zero. This was shown to be the case for all 1PI Green\'s functions, at one-loop order, as well as for the self-energy, at two-loop order. In the context of the background field method, this result implies that the static efective Lagrangian of an external field can be obtained computing the pressure in the presence of an external field which is independent of the space-time, in the high temperature limit. We have applied this result in order to obtain the efective Lagrangian of an external Maxwell field interacting with a QED plasma at two-loop order. We have also obtained the efective Lagrangian of the gravitational field interacting with a free neutral scalar field, as well as with a QED plasma at two-loop order.

Cerca de 25% do conteúdo energético do universo se encontra sob uma forma de natureza ainda não determinada e é conhecida pelo nome de matéria escura. Desde as primeiras especulações acerca de sua existência (Zwicky ~ 1933), vários modelos foram propostos na tentativa de justificar os dados observacionais encontrados mas, até hoje, nenhum deles foi capaz de cumprir essa tarefa a contento. Nesta dissertação, apresentaremos uma breve discussão desses modelos, além de propor um novo, baseado na idéia de que tanto a matéria escura quanto a energia escura possam ser compostas pelo campo escalar de Born-Infeld. / Nearly twenty five percent of the energetic content of the universe appears in a form that is still unknown and is named dark matter. Since the first speculations about its existence (Zwicky ~1933), many models have been proposed trying to justify all the observed data but, until now, none of them has been able to solve this problem. In this monography, we will present a brief discussion about these models and propose a new one, based on the idea that both dark matter and dark energy could be the Born Infeld scalar field.

Neste trabalho, realizamos um estudo sobre a produção de gluínos no LHC. Os gluínos são partículas de Majorana, e sua existência é predita pelos modelos supersimétricos de física de partículas, como o MSSM. Inicialmente, motivamos o estudo sobre supersimetria mostrando algumas soluções de problemas usando esta teoria e que não são possíveis de explicar a partir do Modelo Padrão de física de partículas. Trabalhamos também os conceitos fundamentais para a construção de extensões supersimétricas, como a definição de superespaço e supercampos. Com a introdução do conceito de supercampos, mostramos que o espectro de partículas do Modelo Padrão é duplicado, com a inclusão dos parceiros supersimétricos aos campos usuais. Demonstramos como são construídos dois importantes exemplos de teorias supersimétricas, a Eletrodinâmica Quântica Supersimétrica (super QED ou SQED), e a Cromodinâmica Quântica Supersimétrica (super QCD ou SQCD). Para isso, construímos as lagrangeanas destas teorias e obtivemos as regras de Feynman, em ordem dominante (LO), para os principais vértices da SQED e SQCD. Mostramos também como são introduzidos os superparceiros das partículas usuais da QED, ou seja, o selétron (superparceiro do elétron) e o fotino (superparceiro do fóton), e da QCD, ou seja, o squark (superparceiro do quark) e o gluíno (superparceiro do glúon). Como o fotino e o gluínos são partículas de Majorana, mostramos um conjunto de regras que tratam de partículas de Majorana e de Dirac de forma simples e análoga. Com estas regras, vimos como é possível fazer os cálculos para espalhamentos do tipo e−e+ → ˜γ˜γ e para os canais básicos da produção de gluínos a partir de colisões próton-próton (pp). Na última parte do trabalho, analisamos a produção de gluínos em colisões pp, bem como em colisões próton-núcleo (pA) e núcleo-núcleo (AA) no LHC, onde obtivemos que, em colisões nucleares, a produção de gluínos pode ser enaltecida ou suprimida dependendo da magnitude dos efeitos nucleares, e do cenário para quebra de SUSY. / In this work we perform a study about gluino production at the LHC. The gluinos are Majorana particles and their existence is predicted by supersymmetric models of particle physics, such as the MSSM. Initially, we motivate the study about supersymmetry by showing how it solves some problems that could not be explained by the Standard Model of particle physics. We also work the fundamental concepts such as the definition of superspace and superfields in order to construct supersymmetric extensions. With the introduction of superfields, we show that the particle spectrum of the Standard Model is duplicated, with the inclusion of the supersymmetric partners of usual fields. We demonstrate how to build two important examples of supersymmetric theories, namely the Supersymmetric Quantum Electrodynamics (super QED or SQED), and the Supersymmetric Quantum Chromodynamics (super QCD or SQCD). To do this, we build the lagrangians of these theories and obtain the Feynman rules, in leading order (LO), of the main vertices of SQED and SQCD. We also show how to introduce the superpartners of the usual particles - in SQED, one has the seletron (eletron superpartner) and the photino (photon superpartner), and in SQCD, one has the squark (quark superpartner) and the gluino (gluon superpartner). Since the photino and the gluino are Majorana particles, we show a set of rules that deal with Majorana and Dirac particles in a simple and analogous way. By using these rules, we make a full calculation of the processes e−e+ → ˜γ˜γ and of the basic channels of gluino production in proton-proton (pp) collisions. In the last part of this work, we analyse the gluino production in proton-proton, protonnucleus (pA) and nucleus-nucleus (AA) collisions at the LHC, and show that in the collisions involving nuclei, the production of gluinos might be enhanced or suppressed depending on the magnitude of the nuclear effects and on the scenarios for the SUSY breaking mechanism.

A relação com a teoria das cordas renovou o interesse nas teorias quânticas de campo formuladas num espaço-tempo não-comutativo. O principal aspecto dessas teorias é o assim chamado "mecanismo UV/IR", segundo o qual divergências ultravioletas são parcialmente convertidas em infravermelhas. Para certos modelos, estas singularidades infravermelhas originadas do mecanismo UV/IR podem inviabilizar a solução perturbativa da teoria de campos. A questão principal, portanto, é encontrar teorias que sejam consistentes quando formuladas num espaço-tempo não-comutativo, sendo os modelos supersimétricos particularmente promissores neste sentido. Neste trabalho, examinamos as teorias de calibre supersimétricas Abelianas (NCSQED) e não-Abelianas com grupo de calibre U(N) (NCSYM) formuladas num espaço-tempo não-comutativo de quatro dimensões. Emambos os casos, calculamos as funções de vértice utilizando o formalismo covariante de supercampos que é tornado completamente operacional. Consideramos tanto as teorias N = 1 quanto as com supersimetria estendida. Mostramos rigorosamente que, a um laço da teoria de perturbações, estes modelos são livres de singularidades infravermelhas UV/IR não-integráveis. Para a função de dois pontos da NCSQED esta afirmação vale em qualquer calibre, ao passo que, para a função de três pontos, as singularidades infravermelhas UV/IR perigosas se anulam num calibre particular. Já para a NCSYM, demonstramos que as correções quânticas às funções de vértice de dois e três pontos não apresentam os efeitos indesejáveis do mecanismo UV/IR graças a certas relações envolvendo traços dos geradores do grupo de calibre que, surpreendentemente, são satisfeitas apenas na representação fundamental do grupoU (N). Como esperado, a função de dois pontos é também finita na teoria N = 4.

Neste trabalho, são discutidos modelos da hadrodinâmica quântica com aproximação de campo médio aplicados a estrelas de nêutrons. O modelo de Walecka define o ponto de partida para desenvolver o modelo de acoplamento derivativo ajustável. A presente dissertação visa a um estudo detalhado sobre a influência dos parâmetros do modelo ajustável no sistema, analisando seus limites, inclusive quando os parâmetros são iguais a zero ou infinito (modelo exponencial). Esta análise tem o propósito de estabelecer um conjunto de parâmetros que defina um modelo que esteja de acordo com as propriedades fenomenológicas tais como módulo de compressão da matéria nuclear, massa efetiva na saturação da matéria nuclear e também algumas propriedades estáticas globais das estrelas de nêutrons como, por exemplo, massa e raio. Estabelecido o modelo a ser considerado, a autora dessa dissertação introduz, como inovação, a compressibilidade hadrônica como função da densidade. Tradicionalmente, determinam-se propriedades da matéria apenas para a densidade de saturação.

A forma dissociada como teoria e prática são frequentemente tratadas no ensino de Física contribui para que os estudantes tenham dificuldades para dar sentido aos conhecimentos científicos. Analisando especificamente as aulas de laboratório usualmente desenvolvidas em cursos de Física, observa-se, com frequência, a realização de atividades conduzidas por meio de roteiros excessivamente dirigidos, que levam os estudantes a agir de forma mecânica, sem refletir suficientemente sobre os fundamentos teóricos que amparam suas investigações. Entendendo que é fundamental que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica para que vinculem teoria e prática nas aulas de Física, assume-se como objetivo principal nesta tese ressignificar as atividades experimentais por meio do enfoque no processo de modelagem científica. Para alcançá-lo, foram realizados três estudos de caso dirigidos pelas orientações metodológicas de Yin e um estudo teórico. Nos estudos de caso, foi investigada a repercussão da realização de atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica em uma disciplina experimental para graduandos dos cursos de licenciatura e de bacharelado de Física, que englobava conhecimentos de oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica. No primeiro estudo de caso realizado, as atividades foram delineadas e conduzidas com amparo na metodologia de ciclos de modelagem de Hestenes e na concepção de modelagem científica de Bunge. A partir do segundo estudo realizado, foi adotada também a Modelagem Didático-Científica Reflexiva de Brandão, Araujo e Veit, que, amparada na Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, estabelece a modelagem científica como um campo conceitual subjacente aos campos da Física, definindo uma estrutura conceitual e invariantes operatórios de referência para o campo conceitual da modelagem didáticocientífica. Os resultados dos dois primeiros estudos levaram à realização de um estudo teórico em que foi ampliado o referencial de Brandão, Araujo e Veit. Com base em uma análise realizada sobre concepções de Bunge sobre a contrastação de ideias científicas, foram vinculados conceitos específicos do trabalho experimental, como os de evidência e de predição, com conceitos mais gerais do campo conceitual da modelagem didático-científica, como os de modelo teórico e de teoria geral. Associados aos conceitos especificamente relacionados com o fazer experimental, foram identificados doze novos invariantes operatórios de referência. A vinculação desses conceitos e invariantes operatórios ao processo de modelagem científica pode ser entendida como a contribuição original desta tese para a área de ensino de Física. Essa contribuição amparou a realização do terceiro estudo de caso. Resumidamente, os principais resultados dos estudos de caso foram: i) atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica têm potencial para promover atitudes positivas dos estudantes em relação às atividades experimentais; ii) a realização de debates explícitos sobre metamodelagem são essenciais para que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica; e iii) o desenvolvimento de competências por parte dos estudantes relacionadas com o enfrentamento de problemas de modelagem demanda tempo e o enfrentamento de uma grande diversidade de situações. Esses resultados evidenciam que, para que os estudantes efetivamente se tornem competentes para construir, explorar e validar modelos científicos, situações de modelagem devem permear todo o currículo dos cursos de Física. / The dissociated manner in which theory and praxis are often handled in the physics education has contributed to the difficulty students have in making sense of scientific knowledge. Through the specific analysis of commonly developed laboratory classes in physics courses, one is able to frequently observe activities conducted through excessively guided plans. Such plans lead students to act in a mechanical way, with no sufficient thought on the theoretical basis that supports their inquiries. Through the understanding that it is fundamental for students to comprehend the process of scientific modeling so that they are able to link theory to practice in physics lessons, the main objective of this dissertation is considered to be the resignification of experimental activities through focus on the process of scientific modeling. To reach this objective, three case studies, under the methodological guidance of Yin, and one theoretical study have been conducted. In the case studies, the repercussions of the use of experimental activities with focus on the process of scientific modeling in an experimental subject on mechanical oscillation, fluids and thermodynamics for undergraduates in the Brazilian equivalent to a bachelor's course in physics were investigated. In the first case study, the activities were designed and conducted with the support of Hestenes' Modeling Cycle Methodology and of Bunge's conception of scientific modeling. From the second study on, the Reflexive Didactic- Scientific Modeling of Brandão, Araujo and Veit was also adopted. Grounded on Vergnaud's Theory of Conceptual Fields, the Reflexive Didactic-Scientific Modeling establishes scientific modeling as a conceptual field that underlies the fields of physics, defining a conceptual structure and referential operational invariants for the conceptual field of didactic-scientific modeling. The results of the first two studies led to a theoretical study in which the Brandão, Araujo and Veit's referential was amplified. With grounds on an analysis performed on Bunge's conceptions of the contrasting of scientific ideas, specific concepts from the experimental work, such as those of evidence and prediction, were linked to general concepts of the conceptual field of didactic-scientific modeling, such as those of theoretical modeling and of general theory. Twelve new referential operational invariants were identified, associated to the concepts specifically related to experimental work. The link between these concepts and operational invariants and the process of scientific modeling may be understood as the original contribution of this dissertation to the field of the physics education. This contribution supported the third case study. In summary, the main results of the case studies were: i) experimental activities with focus on the process of scientific modeling have the potential to promote positive attitudes towards experimental activities in students; ii) explicit debates on metamodeling are essential to students' comprehension of the process of scientific modeling; and iii) the development of competencies related to dealing with modeling problems by students demands time and facing a great diversity of situations. These results show that, in order for students to become effectively competent to build, explore and validate scientific models, modeling situations must be present throughout the curriculum of physics courses.