Orientador: Antonio José Accioly / Banca: Henrique Boschi Filho / Banca: Humberto Belich Junior / Banca: Júlio Marny Hoff da Silva / Banca: Andrei Mikhailov / Resumo: Dois tópicos importantes e atuais em teoria quântica de campos, a saber, Teorias com Derivadas de Ordem mais Alta e Determinação de Limites para a Massa do Fóton, são considerados. Como protótipos para as teorias de ordem mais alta selecionamos a Eletrodinâmica de Lee e Wick e a Gravitação Massiva em 3D. Ambas as teorias são de relevância especial para a física contemporânea. A primeira por constituir o alicerce sobre o qual o Modelo Padrão de Lee e Wickse assenta, enquanto que a outra é a única teoria de gravitação com derivadas de ordem mais alta conhecida até o momento cuja versão linearizada é unitária em nível de árvore. Novas e interessantes propriedades relativas às mencionadas teorias são estudadas em detalhe. Finalmente, limites clássicos e quânticos para a massa do fóton são estimados / Abstract: Two important and current topics in quantum field theory, namely, Higher-Derivative Theories and Bounds on the Photon Mass, are considered. As prototypes for the higher-order theories we have singled out Lee-Wick Finite Electrodynamics and Massive Gravity in 3D. Both theories are of special relevance to contemporary physics. The former because it is the base on which the Lee-Wick Standard Model rests, while the other is the only higher-order gravity theory known up to now whose linearized version istree-levelunitary. Novel and interesting properties related to both theories area nalyzed in detail. Finally, classical and quantum bounds on the photon mass are estimated / Doutor

Orientador: Horatiu Stefan Nastase / Banca: Robert Brandenberger / Banca: Rogério Rosenfeld / Banca: Nathan Jacob Berkovits / Banca: Luis Raul Weber Abramo / Resumo: Nesta tese a Teoria das Perturbações Cosmológicas é revisada e três tópicos originais, incluídos neste grande ramo da cosmologia teórica, são apresentados. Começamos introduzindo e deduzindo as fórmulas necessárias partindo de primeiros princípios no capítulo 2. Em seguida, no capítulo 3, estudamos em detalhe Teorias Quânticas de Campos em de Sitter que contêm correntes de spin alto. Mostramos que a existência de correntes de spin alto - mesmo em teorias com interação - pode colocar mais vínculos na função de n-pontos, tornando a teoria assintoticamente gaussiana no futuro longínquo. Este resultado pode ser interpretado como o análogo do teorema de ColemanMandula para o espaço-tempo de de Sitter. O capítulo 4 é dedicado a modelos inflacionários conformes com o campo de Higgs fazendo o papel de Inflaton. Modelos com simetria de Weyl e com simetria SO(1, 1) para valores altos da energia são construídos. Verificamos quais as condições necessárias para que se obtenha um valor arbitrário para a razão escalar tensorial, parâmetro que mede a intensidade de ondas gravitacionais primordiais em um dado modelo. Introduzimos também um acoplamento diferente do valor conforme para a interação do campo escalar com o tensor de curvatura. Isto quebra a simetria de Weyl, mas verificamos que existe um forte atrator na direção da linha de Starobinsky. No último capítulo, aplicamos o efeito do 'back reaction' dos modos com comprimentos de onda longo (maiores que o raio de Hubble) em alguns modelos inflacionários e no cenário Ekpyrótico. Checamos se este efeito pode prevenir a inflação eterna nas regiões onde efeitos estocásticos são importantes nestes modelos. Alguns apêndices, com cálculos detalhados, são incluídos no final / Abstract: In this thesis the Theory of Cosmological Perturbations is reviewed and three original topics, that are part of this huge branch of theoretical cosmology, are presented. We start by reviewing and deducing the needed formulas from first principles in chapter 2. After it, in chapter 3, we study in detail Quantum Field Theories in de Sitter spacetime that contain Higher Spin currents. We show that the existence of Higher Spin currents - even in the interacting case - can put further constraints on the n-point function, making it asymptotically gaussian in the far future. This result can be interpreted as the analog of Coleman-Mandula theorem for de Sitter spacetime. Chapter 4 is devoted to conformal inflationary models with the Higgs field playing the role of the Inflaton field. We construct models with a Weyl symmetry and a SO(1, 1) symmetry at high energies. It is verified what are the conditions to get an arbitrary value for the tensor to scalar ratio, which measures the amplitude of primordial gravitational waves in a given model. Also, we introduce a coupling, different from the conformal one, for the scalar field and the curvature tensor. This breaks the Weyl symmetry but we verify that there is a strong attractor towards the Starobinsky line. In the last chapter, we apply the back-reaction effect of long wavelength modes (modes with wavelength bigger than the Hubble radius) in some inflationary models and in the Ekpyrotic scenario. We check if this effect could prevent eternal inflation in the region where stochastic effects are important for these models. Some appendices, with detailed calculations, are also included in the end / Doutor

Orientador: João Manuel Marques Cordeiro / Banca: Rafael Zadorosny / Banca: Haroldo Naoyuki Nagashima / Banca: Kaline Rabelo Coutinho / Banca: Maria Elena Martín Navarro / Resumo: Trabalhos experimentais e teóricos desenvolvidos nos últimos anos evidenciaram a capacidade de alcoóis e polialcoóis em mudar características energéticas em proteínas. No entanto, o mecanismo responsável por esse efeito não está totalmente elucidado. Tomando como exemplo o dipeptídeo de alanina, foram realizadas simulações QM/MM em água, etanol e mistura 60-40% em volume de água-etanol. A molécula de dipeptídeo foi descrita em nível de cálculo quântico MP2/aug-cc-pVDZ. Em solução, apenas confórmeros aR e PPII foram encontrados na população de equilíbrio. A diferença de energia livre em solução aR ? PPII é determinada pelo balanço entre energia interna do soluto e energia de interação. Para o dipeptídeo de alanina, qualquer fator que aumente a energia de interação soluto- solvente favorece o aumento da população de aR. Por outro lado fatores que diminuam esse valor, como a adição de etanol, aumentam a população de PPII. Os resultados indicam solvatação preferencial para o sistema, evidenciado pela formação majoritária da primeira camada de solvatação por moléculas de água (na mistura), embora seja possível encontrar moléculas de etanol em pequenas quantidades ao redor do grupo carboxílico da extremidade N-terminal e, cadeias metílicas laterais. Todavia, o comportamento parece não afetar a diferença na estabilidade de equilíbrio conformacional / Abstract: Recent papers, both experimental and theoretical, have highlighted the capacity of alcohols and polyalcohol in modifying the energy landscape in proteins. However, the mechanism underlying this effect is not fully elucidated. Taking as a model-system the alanine dipeptide, QM/MM calculations were performed in water, ethanol and solution 60-40% (volume) water-ethanol. The dipeptide molecule was described by MP2/aug-cc-pVDZ level. In solution, only aR and PPII conformers were found in the conformational equilibrium population. The free energy difference in solution aR ? PPII is determined by the interplay between internal energy and the interaction energy. It has been found that, for alanine dipeptide, any factor that increases the solute-solvent interaction energy also promotes an increasing on aR stability, moreover factors that decreases this value, such as the addition of ethanol molecules, increases the PPII stability. The results points to a preferential solvation behavior for the system, as evidenced by the composition of the first solvation shell in the mixture mainly populated by water molecules, although it is possible to find small concentration of ethanol molecules around the carboxyl group of the N-terminal end and around methylic side chains. However, this behavior does not seem to affect the differential conformational stability / Doutor

Orientador: Bruto Max Pimentel Escobar / Banca: Ademir Eugênio Santana / Banca: Diógenes Galetti / Banca: Julio Marny Hoff da Silva / Banca: Dmitry Vasilevich / Resumo: Nesta tese, tem-se por objetivo usar o princípio de ação quântica de Schwinger para estudar e caracterizar dois tipos de sistemas quânticos: o primeiro sendo um oscilador harmônico forçado, cujos parâmetros dependem explicitamente do tempo e o segundo, um conjunto de osciladores harmônicos que interagem linearmente. Mostra-se para o primeiro, que a forma funcional desse princípio, i.e. o operador que origina as variações generalizadas das variáveis dinâmicas do sistema, além de permitir a construção das funções de transformação para qualquer tipo de sistema quântico, ajuda à determinação das quantidades conservadas e, conseqüentemente, à dedução do seu espectro de energia e o conjunto de funções próprias quando existirem. Caso contrário, se o sistema é dependente do tempo, podem-se construir as álgebras dinâmicas que permitem estudá-lo de uma maneira alternativa. Da mesma forma, para o segundo sistema, são propostos dois conjuntos de estados e de operadores: um associado aos estados que cada elemento do sistema apresenta em presença da interação, conhecidos na literatura como estados vestidos e outro, que representa os modos normais do sistema como um todo. Ambos conjuntos de estados são usados na implementação do princípio deaçãoquântica,permitindoencontrar: as soluções exatas, o espectro de energia, as funções de onda e as amplitudes de transição entre quaisquer dois estados nos quais se possa encontrar o sistema. Em cada caso, serão dados alguns exemplos que se contrastarão com os resultados associados a outras abordagens teóricas / Abstract: This thesis has the aim of using the Schwinger Quantum Action Principle to study and characterize two kind of quantum systems: the first one is a forced harmonic oscillator whose parameters explicitly depend on time and the second one, a set of harmonic oscillators which interacts linearly. We show for the first system that the functional form of this principle, i.e. the operator which causes the generalized variations of the dynamical variables of the system, besides allowing the construction of transformation functions of any kind of system, help to determine the associated conserved quantities and therefore to deduct the form of the spectrum and the set of the eigen-functions of the system, if they exist. Otherwise, if the system is time-dependent, the dynamical algebras which allows studying it in an alternative way can be constructed. Similarly, for the second system two sets of states and operators are proposed. The first one associated with the quantum state of each element of the system in the presence of interaction, known in the literature as Dressed States and the second one, which represents the normal modes of the system as a whole. Both sets of states are used in the implementation of the Quantum Action Principle allowing to find the exact solutions, the spectrum, wave functions and amplitudes between any two states in which the system can be found. In each case, a few examples will be given and the results are contrasted with results associated with other theoretical approaches / Doutor

Orientador: George Emanuel Avraam Matsas / Banca: João Ramos Torres de Mello Neto / Banca: Daniel Augusto Turolla Vanzella / Resumo: A Teoria Quântica de Campos em Espaços Curvos fornece um arcabouço teórico consistente para o estudo de diversos fenômenos em que o caráter quântico dos campos e a curvatura clássica do espaço-tempo são importantes, mas em que a natureza quântica da gravitação nãoo exerce um papel relevante. Em particular, a emissão de radiação por uma fonte nas imediações de um buraco negro tem sido analisada, nesse contexto, com perspectivas diversas, dentre as quais está a busca de uma compreensão detalhada dos processos de emissão por discos de acreção e da influência da curvatura espaço-temporal sobre tais processos. De fato, a emissão de radiação por discos de acreção é uma das principais evidências observacionais da existência de buracos negros. Além da emissão térmica de bremsstrahlung devida a efeitos de colisões locais, o movimento global de cargas individuais ao redor do buraco negro também as faz irradiar, efeito por vezes chamado de radiação síncrotron gravitacional. Nesta dissertação, nós estendemos a análise da radiação devida a uma fonte, considerando um conjunto de fontes em rotação ao redor de um buraco negro. Discutimos a contribuição desse efeito para discos de acreção e investigamos os processos de interferência e como eles são modificados pela curvatura espaço-temporal / Abstract: Quantum Field Theory in Curved Spacetimes provides a theoretical framework for the investigation of phenomena in which the quantum nature of fields and the classicalspacetimecurvatureareimportantbutinwhichthequantumnatureofgravitation does not play a crucial role. In particular, radiation emission by a source in the vicinity of a black hole has been analyzed in this context with a number of motivations, one of which is to fully understand radiation emission processes by accretion discs and how they are modified by the nontrivial curvature of the black hole spacetime. In fact, radiation emission by accretion discs is one of the main observational evidences of the existence of black holes. Besides thermal bremsstrahlung emission due to local collision effects, the global motion of individual charges around a black hole also causes them to radiate; an effect often called gravitational synchrotron radiation. In this thesis, we extend the analysis of radiation due to one source by considering an ensemble of sources orbiting a black hole. We discuss the contribution of this effect to accretion discs, and investigate the interference processes that take place and how they are modified by space-time curvature / Mestre

O presemte trabalho estuda uma série de modelos de interação deltiforme em Mecânica Quântica, apresentando, sob condições bastante gerais, soluções exatas para problemas usuais e algumas de suas generalizações.

In this work we investigate the supersymmetric t-J model in one dimension. The spectrum of the hamiltonian is obtained by means of the algebraic nested Bethe-ansatz method. Furthermore, we present a detailed analysis of the algebraic structure of the states. By combining the Bethe ansatz with the spl(2,1) supersymmetry of the t-J hamiltonian a complete set of eigenstates is constructed. The ground state and the elementary excitations of the model are investigated. We also introduce a new integrable vertex model, the anisotropic t-J model, which possesses splq(2, 1) "quantum supergroup" invariance.

O objetivo deste trabalho é elucidar alguns aspectos sobre termalização e decoerência em sistemas quânticos de baixa dimensionalidade. Para este fim, estudamos alguns sistemas com estrutura de níveis diferentes. Primeiro analisamos um sistema semelhante ao oscilador harmônico, isto é, um sistema sem degenerescência. Em seguida, analisamos um sistema de spins com e sem interação. Com o estudo destes sistemas, fomos capazes de determinar quando e como um sistema quântico perde correlação entre seus níveis de energia e atinge um estado estacionário com pesos de Boltzmann. Discutimos, também, alguns conceitos importantes na transição de uma Termodinâmica tradicionalmente clássica para uma abordagem quântica,como entropia, temperatura e reservatório de energia. / Our objective in this work is to elucidate some aspects about thermalization and decoherence in low dimensional quantum systems. To do so, we study some systems with different energy level structures. First we analyse a harmonic oscilator akin system, that is, a system without degenerescence. Then, we analyse a system of spins with and without interaction. Studing these systems, we were able to determine how and when a quantum system looses correlation between its energy levels and reaches a stationary state given by the Boltzmann distribution. We also discuss important concepts about the transition between a Classical Thermodynamics and its quantum counterpart. Some of these concepts are entropy, temperature and energy reservoir.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-10-19T14:38:34Z No. of bitstreams: 1 2012_SaulodeMesquitaDiles.pdf: 557353 bytes, checksum: 3e3d2534a3678af454ec8054bed2a56b (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2012-10-25T12:56:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_SaulodeMesquitaDiles.pdf: 557353 bytes, checksum: 3e3d2534a3678af454ec8054bed2a56b (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-25T12:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_SaulodeMesquitaDiles.pdf: 557353 bytes, checksum: 3e3d2534a3678af454ec8054bed2a56b (MD5) / As propriedades termodinâmicas de um buraco negro são determinadas pelas propriedades geométricas de seu horizonte de eventos. Um buraco negro extremal possui temperatura zero e a geometria próxima ao seu horizonte se comporta localmente como AdS2 x S2. Com esta motivação serão discutidos os espaços de AdS2 em detalhes, diferenciando o AdS2 dos espaços AdSn; n ≥ 3. O objetivo deste trabalho é estudar esta geometria próxima ao horizonte fazendo experimentos onde observamos o comportamento de uma partícula teste nesta geometria. Serão abordados aqui o caso de uma partícula pontual clássica e de um campo escalar quântico sem massa. Uma atenção especial é dada para a construção de operadores autoadjuntos através do teorema de von Neumann, que desempenha um papel importante para a descrição de um espaço tempo quando testado por um campo quântico. Além disso será discutida uma formulação alternativa da gravitação que se baseia no cálculo exterior, generaliza a ação de Einstein-Hilbert para uma dimensão arbitrária e gera equações de campo de primeira ordem. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The thermodinamics properties of a black hole are completely determined by geometrics properties of its event horizon. An extremal black hole has zero temperature and its near horizon geometry behaves localy as AdS2 x S2. With this motivation will be discussed the AdS spaces in details, diferentiating the AdS2 from the spaces AdSn; n ≥ 3. The goal of this work is to study such near horizon geometry by making experiments where we observe the behavior of a test particle on this geometry. In particular we analyse the case of a classical punctual particle and of a massless quantum scalar field. Furthermore, it will be discussed an alternative formulation of gravitation based on the exterior calculus, that generalize the Einstein-Hilbert action for an arbitrary dimension and gives first order field equations.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-06-27T13:00:11Z No. of bitstreams: 1 2013_CarolinaMatteGregory.pdf: 527217 bytes, checksum: 20ef11b88f68b74809cea10677453578 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-06-27T13:10:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_CarolinaMatteGregory.pdf: 527217 bytes, checksum: 20ef11b88f68b74809cea10677453578 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-27T13:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_CarolinaMatteGregory.pdf: 527217 bytes, checksum: 20ef11b88f68b74809cea10677453578 (MD5) / Neste trabalho, analisamos a questão de possíveis correções quânticas no cenário entrópico da gravidade emergente. A geometria não-comutativa tem sido frequentemente usada para simular efeitos da gravidade quântica nas últimas décadas. Usamos aqui uma esfera fuzzy como uma aproximação clássica para uma superfície holográfica esférica e então analisamos se há, a princípio, uma chance de observarmos correções quânticas para a lei da gravitação de Newton. Nosso método leva em consideração o cálculo do espectro do operador de Dirac associado à esfera não comutativa e, utilizando técnicas de geometria espectral, nós obtemos a área da esfera fuzzy. Dada a área dessa superfície, deveria ser possível relacioná-la com a entropia do sistema e comparar esse resultado a outros obtidos utilizando diferentes técnicas. O maior resultado de nossa análise é que, sem ter completo conhecimento sobre a dinâmica quântica e sobre os graus de liberdade microscópicos do sistema, qualquer correção entrópica encontrada na escala de Planck será completamente mascarada por nossa ignorância sobre os processos de medida. Por outro lado, nos parece possível que as correções obtidas através das teorias de perturbação sejam confiáveis em escalas bem abaixo da escala de Planck.