Neste trabalho estudamos a dinâmica fracamente não linear de ondas eletromagnéti- cas localizadas em interações laser-plasma. Ao se propagarem, estas ondas perturbam a densidade de elétrons do plasma e eventualmente originam campos elétricos por efeitos de space-charge. Estes campos por sua vez afetam a dinâmica das ondas, ou seja, a dinâmica de ambos é acoplada. Modelamos a onda localizada através de uma equação para seu envelope e tratamos o plasma como um fluído eletrônico frio, com alta mobilidade, e um fundo iônico fixo neutralizador . Inicialmente investigamos a dinâmica longitudinal da propagação autoconsistente de pulsos laser em plasmas. Nesta configuração, os campos elétricos no plasma são exci- tados no rastro dos pulsos, sendo por isto denominados wakefields. Desenvolvemos um modelo composto por duas equações, uma para o envelope do pulso laser e outra para o wakefield, no qual as interações entre ambos são plenamente consideradas na análise da evolução temporal e da estabilidade do pulso. Aplicando técnicas de lagrangeano efetivo e o método variacional obtemos uma equação para a dinâmica aproximada da largura dos pulsos, utilizada para fazer estimativas analíticas sobre dois casos-limite: pulsos largos e pulsos estreitos. Enquanto pulsos largos podem ou não manter a sua forma localizada de- pendendo da sua potência, pulsos muito estreitos sempre tendem a se dispersar à medida que o tempo avança. Em seguida estudamos a propagação de feixes laser focalizados, incluindo a dinâmica transversal em um modelo desenvolvido sem o uso da aproximação paraxial. Este mo- delo, direcionado à análise de regimes estacionários quando observados no referencial do feixe, nos permite obter uma condição de equilíbrio para os perfis transversais do mesmo. Examinamos a dependência de tais perfis nos parâmetros de controle e a estabilidade de feixes levemente descasados dos perfis de equilíbrio. Embora os detalhes da dinâmica dos feixes dependam das condições iniciais, feixes descasados sempre evoluem para padrões espaço-temporais incoerentes, independente da precisão adotada em tais condições. Em ambos os sistemas abordados, os modelos podem ser aplicados para estudar pro- pagação de ondas em plasmas com densidades arbitrárias, uma vez que foram construídos sem aproximar a velocidade de propagação da onda eletromagnética pela velocidade da luz no vácuo (algo usual no estudo de plasmas com baixa densidade, do tipo underdense). / In the present analysis we study the weakly nonlinear dynamics of localized electro- magnetic waves in laser-plasma interactions. As these waves are injected into plasmas, they disturb its electronic density and eventually give rise to space-charge fields, which in turn affect back the waves. In other words, their dynamics is coupled. We model the localized wave using an equation for its envelope and we treat the plasma as consisting of a mobile cold electronic fluid and a neutralizing fixed ionic background. We first investigate the longitudinal self-consistent dynamics propagation of laser pul- ses in plasmas. Here the space-charge fields in the plasma are excited in the wake of the pulses, thus being called wakefields. We develop a model consisting of two equations, one for the pulse envelope, another for the wakefield, and the interactions between both are fully taken to account to analyze the pulse time dependent dynamics and stability. Ap- plying effective Lagrangian techniques and the variational approach we derive an equation for the approximated dynamics of a pulse width, which is used in order to obtain some analytical estimates about two limit-cases: wide and narrow pulses. While wide pulses may or may not retain the localized shape depending on their power, narrower pulses always tend to delocalize as time evolves. Next we study the propagation of focused laser beams, taking to account the trans- verse dynamics in a model derived avoiding any assumption on paraxial conditions. This model, directed to the analysis of stationary regimes when observed in the co-moving coordinate of the beam frame, allows us to obtain an equilibrium condition for the beam transverse profiles. We examine the dependence of equilibrium profiles on control para- meters and the stability of beams as one adds small mismatches to the ideally matched equilibrium. Details of beam evolution depend on initial conditions. However, indepen- dently of the precise form of initial conditions, mismatched beams evolve to incoherent space-time patterns. In both systems discussed, the models can be applied to study the wave propagation in plasmas with arbitrary densities, since they were constructed without approximating the group velocity of the wave by the speed of light in vacuum (something usual when studying underdense plasmas).

Made available in DSpace on 2015-12-06T23:46:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013 / Objetivo: O objetivo do presente trabalho e avaliar a evolucao clinica de pacientes portadores de Malformacoes Arteriovenosas cerebrais (MAV) submetidos a reirradiacao com dose unica em Acelerador Linear. Metodos: Estudo retrospectivo com 37 pacientes portadores de malformacao arteriovenosa submetidos a reirradiacao em acelerador linear, no periodo de abril de 2003 a novembro de 2011, no Hospital Sao Joaquim da Beneficencia Portuguesa de São Paulo. Caracteristicas individuais como sexo, cor, idade, uso de medicacoes e comorbidades; da doenca como classificacao Spetzler-Martin, localizacao e volume; e do tratamento como embolizacao, dose de prescricao, numero de campos estaticos e arcos, volume das curvas de dose de radioterapia e indice de conformidade foram analisados. Durante o seguimento foram realizados exames de imagem para avaliacao das alteracoes pos-tratamento e cura da MAV. As complicacoes decorrentes do procedimento foram classificadas como sintomaticas e assintomaticas. Resultados: A porcentagem de oclusao angiografica apos reirradiacao foi de 55,5%. Em tres pacientes que nao apresentaram oclusao angiografica foi possivel exerese cirurgica. Observou-se que a reducao do volume do nidus maior que 50% apos o primeiro procedimento foi o fator preditivo mais importante para sua oclusao. Outro fator correlacionado a cura da MAV foi a dose de prescricao maior que 15,5 Gy na primeira radicirurgia. Dois pacientes apresentaram deficit neurologico permanente, e os fatores que se correlacionaram as complicacoes foram dose de prescricao e dose maxima no primeiro procedimento. Conclusao: A reirradiacao com dose unica em malformacoes arteriovenosas e um procedimento seguro e factivel e os candidatos que podem nao se beneficiar do procedimento sao aqueles que receberam dose de prescricao menor que 15,5 Gy no primeiro procedimento, e tiveram reducao menor do que 50% do volume da MAV antes da reirradiacao / Objective: The objective of this study is to evaluate the clinical outcome of patients undergoing single dose reirradiation in brain Arteriovenous Malformations (AVM) in Linear Accelerator (LINAC) Methods: A retrospective study of 37 patients with brain AVM who underwent LINAC reirradiation in the period between April 2003 and November 2011 at São Joaquim Hospital – Beneficência Portuguesa, in São Paulo. Individual characteristics such as gender, age, use of medications and comorbidities; disease as Spetzler-Martin classification, location and volume, and treatment such as embolization, prescription dose, radiotherapy dose volume curves and conformity index were analyzed. During follow-up imaging studies were performed to evaluate changes after treatment and AVM cure. The complications of the procedure were classified as symptomatic and asymptomatic. Results: The percentage of angiographic occlusion after reirradiation was 55,5%. In three patients it was possible to perform surgical excision, with 66,6% cure rate. It was observed that the nidus volume reduction greater than 50% after the first procedure was the most important predictor for occlusion. Another factor that correlates to the cure of the AVM was a prescription dose greater than 15,5 Gy in the first radiosurgery. Two patients had permanent neurologic deficits, and the factors that correlated with the complications were prescription dose and maximum dose in the first procedure. Conclusion: The study suggests that single dose reirradiation to Arteriovenous Malformations is safe and the success of the procedure is related to the prescription dose greater than 15,5 Gy in first radiosurgery and reduction of more than 50% of the AVM volume before reirradiation. / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-07Bitstream added on 2014-06-13T19:53:20Z : No. of bitstreams: 1 000759972.pdf: 3491220 bytes, checksum: 2c6f0f812b13ff3ed611e4f1161ac822 (MD5) / PROPG/Reitoria / Neste trabalho investigamos algumas propriedades dinâmicas de dois modelos descritos por mapeamentos discretos: (i) mapa quadrático com perturbação paramétrica e; (ii) modelo do acelerador de Fermi concentrando particularmente na dinâmica dissipativa. No caso (i) e com a introdução de uma perturbação paramétrica o espaço de parâmetros é bidimensional permitindo assim um estudo de suas estruturas periódicas. Por outro lado o modelo do acelerador de Fermi descrito em (ii) consiste de uma particula clássica confinada entre duas paredes rígidas sendo uma delas fixa e outra movendo-se periodicamente no tempo. A partícula sofre colisões com ambas paredes, que assumiremos serem inelásticas. Isso implica em uma perda fracional de energia a cada choque. O são observadas nela. Mostramos que as estruturas periódicas presentes no espaço de parâmetros é bidimensional e estruturas periódicas também modelo do acelerador de Fermi obedecem a uma regra de organização descrita por uma equação diofantina / Some dynamical properties are investigated in this work considering two models described by discret mappings: (i) a quadratic map under a parametric perturbation and; (ii) a Fermi accelerator model focusing particularly in the dissipative dynamics. In case (i) and with the introduction of a parametric perturbation the parameter space becomes two-dimensional allowing us to study periodic structures present in such space. On the other hand, the Fermi accelerator model described in case (ii), consists of a classical particle confined to bounce between two rigid walls. One of them is fixed and the other one is assumed to move periodically in time. Inelastic collisions are considered leading the particle to suffer a fractional loss of energy upon collision. The parameter space is also two-dimensional and periodic structures are observed. We show that the organization of such structures is described by a diophantine equation

As aplicações envolvendo confinamento e aceleração de feixes de partículas carregadas em canais lineares são inúmeras em diversas áreas do conhecimento. A evolução da engenharia dos aceleradores lineares de partículas de próxima geração está fortemente condicionada ao melhor entendimento de fenômenos não-lineares como a formação de halo, inerentes aos atualmente cada vez mais perscrutados regimes de alta densidade de carga e energia. O presente trabalho visa investigar e caracterizar os aspectos dinâmicos e de equilíbrio envolvidos na transição de um feixe ultra-intenso de partículas com mesma carga de um estado inicial não-estacionário para um final estacionário. A alta densidade de partículas implica que as forças repulsivas naturais neste tipo de sistema sejam imprescindíveis para a sua correta descrição. O feixe em questão evolui em um canal linear encapsulado por um duto circular condutor e é focalizado por um campo magnético constante axial de origem solenoidal. Tal feixe inicialmente encontra-se perfeitamente alinhado com o eixo de simetria do sistema de confinamento magnético, sendo, portanto, as oscilações de sua centróide inexistentes. Por simplicidade, foi imposto também ao feixe o vínculo de simetria azimutal. Como condição inicial, considerou-se o estado não-estacionário do feixe descrito por uma densidade homogênea e outra não-homogênea. No primeiro caso, o descasamento e, no segundo, a magnitude da não-homogeneidade são os fatores precursores da instabilidade inicial que conduz o feixe ao estado de equilíbrio. Para ambos os casos, modelos foram desenvolvidos para determinar quantidades dinâmicas, relacionadas à escala de tempo característica da instabilidade inicial, e de equilíbrio, tais como a emitância e o envelope, grandezas estatísticas estas usualmente de interesse em Física de Feixes. Os resultados obtidos foram comparados com simulações numéricas autoconsistentes e o acordo foi satisfatório. Os modelos demonstraram-se eficientes não somente em prever tais quantidades de interesse como também em elucidar aspectos físicos fundamentais intrínsecos ao comportamento observado nas simulações numéricas autoconsistentes e experimentos. / Applications involving confinement and acceleration of charged particle beams in linear channels are innumerous in many fields of the knowledge. The engineering evolution of next-generation particle linear accelerators is strongly conditioned to the better understanding of nonlinear phenomena like halo formation, inherent to the more and more currently explored regimes of high charge density and energy. The present work aims at investigating and characterizing dynamical and equilibrium aspects involved in the transition of a high-intensity beam of charged particles from an initial non-stationary state to a final stationary state. High particle densities mean that the repulsive forces naturally present in these kinds of systems are essential to their adequate description. The beam under analysis evolves inside a linear channel encapsulated by a circular conductor pipe, and is focalized by a constant axial magnetic field generated by solenoids. Such beam is initially perfectly aligned to the symmetry axis of the magnetic confinement system, being in this way its centroid oscillations non-existent. For simplicity, it has been imposed to the beam the constraint of azimuthal symmetry. As initial condition, the beam non-stationary state has been described by a homogeneous and an inhomogeneous particle density. In the first case, the mismatch and, in the second one, the magnitude of inhomogeneity, are the factors forerunner of the initial instability, which leads the beam to evolve to the equilibrium state. For both cases, models have been developed to determine dynamical quantities, related to the characteristic time scale of the initial instability, and equilibrium quantities, such as the emittance and envelope, usually of interest in Beam Physics. The obtained results have been compared with full self-consistent N-particle beam numerical simulations and the agreement has been reasonable. The models have shown to be efficient not only to predict beam quantities of interest as well as to elucidate fundamental physical aspects intrinsic to the behavior observed in the self-consistent numerical simulations and experiments.

das partículas elementares ainda é um método a ser estabelecido na Física de Partículas, o que poderia ser confirmado com a descoberta do bóson de Higgs. Após diversas propostas para mecanismos de produção, este bóson ainda não foi observado experimentalmente, sendo sua detecção esperada no Grande Colisor de Hádrons. Esta tese propõe um mecanismo de produção central exclusiva difrativa do bóson de Higgs pela fotoprodução, inspirado na abordagem do grupo de Durham para a produção deste bóson por meio da Troca Dupla de Pomerons. A ideia empregada neste mecanismo é combinar as vantagens encontradas na proposta do grupo de Durham com aquelas observadas nas Colisões Ultraperiféricas. O mecanismo de fotoprodução envolve a produção do bóson de Higgs no subprocesso p em alta energia por meio da Troca Dupla de Pomerons, onde a interação difrativa ocorre entre o dipolo de cor proveniente da flutuação do fóton inicial e o conteúdo platônico do próton. Como a massa do bóson de Higgs determina a escala dura da interação, é possível empregar a Cromodinâmica Quântica perturbativa e modelar a interação pela troca de glúons no canal t. Esse mecanismo permite introduzir o vértice de fusão de glúons para a produção do bóson de Higgs, o qual é dominante para a produção do bóson de Higgs em um largo intervalo de massa. Ademais, introduz-se parâmetros fenomenológicos para suprimir a radiação de glúons, bem como predizer corretamente a seção de choque de produção incluindo a Probabilidade de Sobrevivência da Lacuna de Rapidez. Com isso, aplica-se este modelo de interação p em Colisões Ultraperiféricas entre prótons e núcleos usando a Aproximação de Fóton Equivalente para o fluxo de fótons. A seção de choque de produção do bóson de Higgs é estimada para as energias do Tevatron e do LHC, comparando nossas predições com outras obtidas em diferentes propostas na literatura. Além disso, a distribuição em rapidez do bóson de Higgs é estudada, mostrando a centralidade da produção. Como resultado, obtém-se uma taxa de eventos em colisões pp da mesma ordem daquela estimada pelo grupo de Durham, na faixa de 1−6 femtobarn. Contudo, efetuando-se uma análise para inserção da Probabilidade de Sobrevivência da Lacuna de Rapidez no mecanismo de fotoprodução, os resultados se tornam competitivos com aqueles previstos pelos mecanismos de produção eletromagnética e de Troca Dupla de Pomerons, mostrando a fotoprodução difrativa como um meio promissor para a detecção do bóson de Higgs no LHC. Como resultado desta abordagem, as predições para a seção de choque em processos pA demonstra um incremento significativo em relação `as predições anteriores, estimando a seção de choque em colisões pPb da ordem de 1 picobarn. Este resultado é duas ordens de grandeza maior que em colisões pp, contudo a luminosidade e o tempo de operação com colisões pPb será muito menor que em colisões pp. Ainda assim, os eventos serão muito limpos, livres de interações superpostas que ocorrem em alta luminosidades na operação em colisões pp. / After several years of scientific development, the mass generation mechanism for elementary particles is still to be established in particle physics, which would be confirmed with the discovery of a Higgs boson. After many proposals for the production mechanisms, this boson has not yet been observed experimentally, and its detection at the Large Hadron Collider is expected. Here I propose a mechanism of central exclusive diffractive production of the Higgs boson by photoproduction, inspired by the approach of the Durham group for Higgs boson production by Double Pomeron Exchange. The idea employed in this mechanism is to combine the advantages found in the proposal of the Durham group, and those related to ultraperipheral collisions. The photoproduction mechanism involves Higgs boson production in the p subprocess at high energy by Double Pomeron Exchange, where the diffractive interaction occurs between the color dipole resulting from the fluctuation of the initial photon, and the parton content of the proton. As the Higgs boson mass determines the hard scale of the interaction, it is possible to apply perturbative Quantum Chromodynamics, and to describe the interaction by the exchange of gluons in the t-channel. This mechanism allows the introduction of the gluon fusion vertex for Higgs boson production, which is the leading mechanism for a wide range of masses. Moreover, phenomenological parameters are introduced to suppress gluon radiation, and correctly predict the production cross section including the rapidity gaps survival probability. Thus, this mechanism is applied to the p subprocess in ultraperipheral collisions between protons and nuclei using the Equivalent Photon Approximation for the photon flux. The cross section is estimated for Higgs boson production at the Tevatron and LHC energies, comparing these predictions to those from previous work. The Higgs boson rapidity distribution is also predicted to show the production centrality. As a result, the event rate in pp collisions is found to be of the same order as that estimated by the Durham group, in the range 1−6 femtobarn. However, evaluating an analysis to include the rapidity gap survival probability in the photoproduction mechanism, the results become competitive with those predicted by the electromagnetic and Double Pomeron Exchange mechanisms, showing the diffractive photoproduction to be a promising production channel for Higgs boson detection at the LHC. The predictions for the cross section in pA processes show a significant enhancement in comparison to previous estimates, resulting in a cross section for pPb collisions of the order of 1 picobarn. This is two orders of magnitude higher than in pp collisions, however both the luminosity and the running time with pPb collisions will be much lower than in pp ones. Nevertheless the events are going to be very clean, free of the pile-up present in high luminosities pp runnings.

A radioterapia moderna continua evoluindo e trazendo mudanças tecnológicas que envolvem novas modalidades de imagem, novos acessórios de imobilização e novos sistemas para a entrega da dose. Esses avanços possibilitam reduzir a dose recebida pelos tecidos sadios e, consequentemente, diminuem o risco de toxicidade e morbidade. Ao mesmo tempo, maiores doses podem ser prescritas para os volumes tumorais, o que aumenta a probabilidade de controle locorregional. Técnicas tradicionais de IMRT oferecem todas essas vantagens, porém, o tempo de cada sessão de tratamento costuma ser muito longo, principalmente para os casos de cabeça e pescoço. Atualmente, a técnica VMAT é uma realidade em vários centros de referência ao redor do mundo. Essa tecnologia melhorou a eficiência na entrega da dose em relação aos tratamentos convencionais de IMRT, diminuindo o tempo de cada aplicação, e apresenta mais graus de liberdade no processo de otimização do tratamento. A modulação dos feixes de radiação é obtida pela variação simultânea de parâmetros dinâmicos como a taxa de dose, velocidade de gantry e a velocidade das lâminas do sistema de colimação. A alta complexidade associada às novas tendências de tratamento, inevitavelmente, exige um maior rigor em relação aos testes de controle da qualidade que devem ser realizados. Os métodos de comissionamento reportados para a tecnologia RapidArc foram estendidos e adaptados para um acelerador Elekta Synergy através de arquivos que podem ser construídos utilizando o software iComCAT. São apresentados testes específicos para o controle da qualidade da máquina e o processo de validação dosimétrica empregado no sistema de planejamento Monaco. Os parâmetros específicos de lâmina, modelados através do algoritmo Monte Carlo, foram avaliados e os testes do TG 119 foram adaptados para os planejamentos de VMAT. No final é apresentado o programa que foi desenvolvido para o controle da qualidade específico da tecnologia VMAT em aceleradores Elekta. / Modern radiation therapy keeps evolving and the technological changes include new imaging modalities, new patient immobilization devices and new treatment delivery systems. These advances have made it possible to reduce the dose to normal tissue structures and consequently minimize the risk of toxicity and morbidity, while allowing for dose escalation to the tumor volumes, potencially leading to improved locoregional control. Traditional IMRT techniques offer all of these features but the treatment session time is usually long, mainly for the head and neck cases. Currently, the VMAT technique is a reality in reference centers around the world. This technology has improved delivery efficiency over IMRT, decreasing the treatment application time, as this modality introduces extra degrees of freedom in the optimization process. The modulation of the radiation beams is achieved by simultaneous variation of dynamic parameters such as dose rate, gantry speed and leaves speed. The high level of complexity associated to the new treatment trends, inevitably, requires more accuracy and more rigorous quality assurance programs. The commissioning methods reported for the Varian RapidArc system were extended to an Elekta Synergy linear accelerator, using custom files built in the iComCAT software. Specific tests for the machine quality assurance are presented and also the dosimetric validation process applied to the Monaco treatment planning system. The MLC parameters, modeled by the Monte Carlo algorithm, were analyzed and the TG 119 tests were adapted for VMATplanning. In the end, a specific program developed for the VMAT technology for Elekta accelerators is presented.

A radioterapia moderna continua evoluindo e trazendo mudanças tecnológicas que envolvem novas modalidades de imagem, novos acessórios de imobilização e novos sistemas para a entrega da dose. Esses avanços possibilitam reduzir a dose recebida pelos tecidos sadios e, consequentemente, diminuem o risco de toxicidade e morbidade. Ao mesmo tempo, maiores doses podem ser prescritas para os volumes tumorais, o que aumenta a probabilidade de controle locorregional. Técnicas tradicionais de IMRT oferecem todas essas vantagens, porém, o tempo de cada sessão de tratamento costuma ser muito longo, principalmente para os casos de cabeça e pescoço. Atualmente, a técnica VMAT é uma realidade em vários centros de referência ao redor do mundo. Essa tecnologia melhorou a eficiência na entrega da dose em relação aos tratamentos convencionais de IMRT, diminuindo o tempo de cada aplicação, e apresenta mais graus de liberdade no processo de otimização do tratamento. A modulação dos feixes de radiação é obtida pela variação simultânea de parâmetros dinâmicos como a taxa de dose, velocidade de gantry e a velocidade das lâminas do sistema de colimação. A alta complexidade associada às novas tendências de tratamento, inevitavelmente, exige um maior rigor em relação aos testes de controle da qualidade que devem ser realizados. Os métodos de comissionamento reportados para a tecnologia RapidArc foram estendidos e adaptados para um acelerador Elekta Synergy através de arquivos que podem ser construídos utilizando o software iComCAT. São apresentados testes específicos para o controle da qualidade da máquina e o processo de validação dosimétrica empregado no sistema de planejamento Monaco. Os parâmetros específicos de lâmina, modelados através do algoritmo Monte Carlo, foram avaliados e os testes do TG 119 foram adaptados para os planejamentos de VMAT. No final é apresentado o programa que foi desenvolvido para o controle da qualidade específico da tecnologia VMAT em aceleradores Elekta. / Modern radiation therapy keeps evolving and the technological changes include new imaging modalities, new patient immobilization devices and new treatment delivery systems. These advances have made it possible to reduce the dose to normal tissue structures and consequently minimize the risk of toxicity and morbidity, while allowing for dose escalation to the tumor volumes, potencially leading to improved locoregional control. Traditional IMRT techniques offer all of these features but the treatment session time is usually long, mainly for the head and neck cases. Currently, the VMAT technique is a reality in reference centers around the world. This technology has improved delivery efficiency over IMRT, decreasing the treatment application time, as this modality introduces extra degrees of freedom in the optimization process. The modulation of the radiation beams is achieved by simultaneous variation of dynamic parameters such as dose rate, gantry speed and leaves speed. The high level of complexity associated to the new treatment trends, inevitably, requires more accuracy and more rigorous quality assurance programs. The commissioning methods reported for the Varian RapidArc system were extended to an Elekta Synergy linear accelerator, using custom files built in the iComCAT software. Specific tests for the machine quality assurance are presented and also the dosimetric validation process applied to the Monaco treatment planning system. The MLC parameters, modeled by the Monte Carlo algorithm, were analyzed and the TG 119 tests were adapted for VMATplanning. In the end, a specific program developed for the VMAT technology for Elekta accelerators is presented.

Neste trabalho estudamos a dinâmica fracamente não linear de ondas eletromagnéti- cas localizadas em interações laser-plasma. Ao se propagarem, estas ondas perturbam a densidade de elétrons do plasma e eventualmente originam campos elétricos por efeitos de space-charge. Estes campos por sua vez afetam a dinâmica das ondas, ou seja, a dinâmica de ambos é acoplada. Modelamos a onda localizada através de uma equação para seu envelope e tratamos o plasma como um fluído eletrônico frio, com alta mobilidade, e um fundo iônico fixo neutralizador . Inicialmente investigamos a dinâmica longitudinal da propagação autoconsistente de pulsos laser em plasmas. Nesta configuração, os campos elétricos no plasma são exci- tados no rastro dos pulsos, sendo por isto denominados wakefields. Desenvolvemos um modelo composto por duas equações, uma para o envelope do pulso laser e outra para o wakefield, no qual as interações entre ambos são plenamente consideradas na análise da evolução temporal e da estabilidade do pulso. Aplicando técnicas de lagrangeano efetivo e o método variacional obtemos uma equação para a dinâmica aproximada da largura dos pulsos, utilizada para fazer estimativas analíticas sobre dois casos-limite: pulsos largos e pulsos estreitos. Enquanto pulsos largos podem ou não manter a sua forma localizada de- pendendo da sua potência, pulsos muito estreitos sempre tendem a se dispersar à medida que o tempo avança. Em seguida estudamos a propagação de feixes laser focalizados, incluindo a dinâmica transversal em um modelo desenvolvido sem o uso da aproximação paraxial. Este mo- delo, direcionado à análise de regimes estacionários quando observados no referencial do feixe, nos permite obter uma condição de equilíbrio para os perfis transversais do mesmo. Examinamos a dependência de tais perfis nos parâmetros de controle e a estabilidade de feixes levemente descasados dos perfis de equilíbrio. Embora os detalhes da dinâmica dos feixes dependam das condições iniciais, feixes descasados sempre evoluem para padrões espaço-temporais incoerentes, independente da precisão adotada em tais condições. Em ambos os sistemas abordados, os modelos podem ser aplicados para estudar pro- pagação de ondas em plasmas com densidades arbitrárias, uma vez que foram construídos sem aproximar a velocidade de propagação da onda eletromagnética pela velocidade da luz no vácuo (algo usual no estudo de plasmas com baixa densidade, do tipo underdense). / In the present analysis we study the weakly nonlinear dynamics of localized electro- magnetic waves in laser-plasma interactions. As these waves are injected into plasmas, they disturb its electronic density and eventually give rise to space-charge fields, which in turn affect back the waves. In other words, their dynamics is coupled. We model the localized wave using an equation for its envelope and we treat the plasma as consisting of a mobile cold electronic fluid and a neutralizing fixed ionic background. We first investigate the longitudinal self-consistent dynamics propagation of laser pul- ses in plasmas. Here the space-charge fields in the plasma are excited in the wake of the pulses, thus being called wakefields. We develop a model consisting of two equations, one for the pulse envelope, another for the wakefield, and the interactions between both are fully taken to account to analyze the pulse time dependent dynamics and stability. Ap- plying effective Lagrangian techniques and the variational approach we derive an equation for the approximated dynamics of a pulse width, which is used in order to obtain some analytical estimates about two limit-cases: wide and narrow pulses. While wide pulses may or may not retain the localized shape depending on their power, narrower pulses always tend to delocalize as time evolves. Next we study the propagation of focused laser beams, taking to account the trans- verse dynamics in a model derived avoiding any assumption on paraxial conditions. This model, directed to the analysis of stationary regimes when observed in the co-moving coordinate of the beam frame, allows us to obtain an equilibrium condition for the beam transverse profiles. We examine the dependence of equilibrium profiles on control para- meters and the stability of beams as one adds small mismatches to the ideally matched equilibrium. Details of beam evolution depend on initial conditions. However, indepen- dently of the precise form of initial conditions, mismatched beams evolve to incoherent space-time patterns. In both systems discussed, the models can be applied to study the wave propagation in plasmas with arbitrary densities, since they were constructed without approximating the group velocity of the wave by the speed of light in vacuum (something usual when studying underdense plasmas).

Neste trabalho apresentamos o projeto do microtron principal do IFUSP. Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos relativos à estabilidade do feixe em um microtron, bem como discussões sobre a ótica do feixe. No trabalho são feitas basicamente 3 tipos de simulações distintas: simulação da dinâmica longitudinal e transversal da etapa síncrona, simulação da dinâmica transversal das linhas de transferência (inserção e extração) e a simulação relativa à otimização do projeto dos eletroímãs principais. As simulações longitudinais mostraram que é possível reduzir a energia de entrada do microtron principal de 4,9 para 2,5 MeV, o que permitira a eliminação do primeiro estágio síncrono (microtron booster). A energia final do microtron principal passa a ser 38 MeV. Foram realizados os projetos de duas linhas de inserção no principal para essas as duas energias (2,5 e 4,9 MeV) e foi feita uma análise comparativa desses dois projetos. O projeto da linha de extração também foi analisado levando em consideração duas energias de extração (5,8 e 38 MeV) para se mostrar a viabilidade dessa etapa. / In this work we present the design of the IFUSP main microtron. Initially, the theoretical foundations for the beam stability in the microton are presented as well as the beam optics is discussed. Three different kinds of simulations were done: Longitudinal and transversal beam dynamics in the synchronous part of the machine, transversal beam dynamics concerning the transfer lines and simulations related to the design of the main magnets. The longitudinal simulations sugested that it is possible to reduce the initial energy of the main microtron from 4.9 to 2.5 MeV, this would permit the elimination of the first synchronous stage (booster microtron). The final energy of the main microtron will be 38 MeV. The design of two insertion lines in the main microtron for the two different energies (2.5 and 4.9 MeV) was done and a comparative analysis between these two designes is presented. The design of the extraction line also takes into account two different extraction energies (5.8 and 38 MeV) in order to show de viability of this part.

das partículas elementares ainda é um método a ser estabelecido na Física de Partículas, o que poderia ser confirmado com a descoberta do bóson de Higgs. Após diversas propostas para mecanismos de produção, este bóson ainda não foi observado experimentalmente, sendo sua detecção esperada no Grande Colisor de Hádrons. Esta tese propõe um mecanismo de produção central exclusiva difrativa do bóson de Higgs pela fotoprodução, inspirado na abordagem do grupo de Durham para a produção deste bóson por meio da Troca Dupla de Pomerons. A ideia empregada neste mecanismo é combinar as vantagens encontradas na proposta do grupo de Durham com aquelas observadas nas Colisões Ultraperiféricas. O mecanismo de fotoprodução envolve a produção do bóson de Higgs no subprocesso p em alta energia por meio da Troca Dupla de Pomerons, onde a interação difrativa ocorre entre o dipolo de cor proveniente da flutuação do fóton inicial e o conteúdo platônico do próton. Como a massa do bóson de Higgs determina a escala dura da interação, é possível empregar a Cromodinâmica Quântica perturbativa e modelar a interação pela troca de glúons no canal t. Esse mecanismo permite introduzir o vértice de fusão de glúons para a produção do bóson de Higgs, o qual é dominante para a produção do bóson de Higgs em um largo intervalo de massa. Ademais, introduz-se parâmetros fenomenológicos para suprimir a radiação de glúons, bem como predizer corretamente a seção de choque de produção incluindo a Probabilidade de Sobrevivência da Lacuna de Rapidez. Com isso, aplica-se este modelo de interação p em Colisões Ultraperiféricas entre prótons e núcleos usando a Aproximação de Fóton Equivalente para o fluxo de fótons. A seção de choque de produção do bóson de Higgs é estimada para as energias do Tevatron e do LHC, comparando nossas predições com outras obtidas em diferentes propostas na literatura. Além disso, a distribuição em rapidez do bóson de Higgs é estudada, mostrando a centralidade da produção. Como resultado, obtém-se uma taxa de eventos em colisões pp da mesma ordem daquela estimada pelo grupo de Durham, na faixa de 1−6 femtobarn. Contudo, efetuando-se uma análise para inserção da Probabilidade de Sobrevivência da Lacuna de Rapidez no mecanismo de fotoprodução, os resultados se tornam competitivos com aqueles previstos pelos mecanismos de produção eletromagnética e de Troca Dupla de Pomerons, mostrando a fotoprodução difrativa como um meio promissor para a detecção do bóson de Higgs no LHC. Como resultado desta abordagem, as predições para a seção de choque em processos pA demonstra um incremento significativo em relação `as predições anteriores, estimando a seção de choque em colisões pPb da ordem de 1 picobarn. Este resultado é duas ordens de grandeza maior que em colisões pp, contudo a luminosidade e o tempo de operação com colisões pPb será muito menor que em colisões pp. Ainda assim, os eventos serão muito limpos, livres de interações superpostas que ocorrem em alta luminosidades na operação em colisões pp. / After several years of scientific development, the mass generation mechanism for elementary particles is still to be established in particle physics, which would be confirmed with the discovery of a Higgs boson. After many proposals for the production mechanisms, this boson has not yet been observed experimentally, and its detection at the Large Hadron Collider is expected. Here I propose a mechanism of central exclusive diffractive production of the Higgs boson by photoproduction, inspired by the approach of the Durham group for Higgs boson production by Double Pomeron Exchange. The idea employed in this mechanism is to combine the advantages found in the proposal of the Durham group, and those related to ultraperipheral collisions. The photoproduction mechanism involves Higgs boson production in the p subprocess at high energy by Double Pomeron Exchange, where the diffractive interaction occurs between the color dipole resulting from the fluctuation of the initial photon, and the parton content of the proton. As the Higgs boson mass determines the hard scale of the interaction, it is possible to apply perturbative Quantum Chromodynamics, and to describe the interaction by the exchange of gluons in the t-channel. This mechanism allows the introduction of the gluon fusion vertex for Higgs boson production, which is the leading mechanism for a wide range of masses. Moreover, phenomenological parameters are introduced to suppress gluon radiation, and correctly predict the production cross section including the rapidity gaps survival probability. Thus, this mechanism is applied to the p subprocess in ultraperipheral collisions between protons and nuclei using the Equivalent Photon Approximation for the photon flux. The cross section is estimated for Higgs boson production at the Tevatron and LHC energies, comparing these predictions to those from previous work. The Higgs boson rapidity distribution is also predicted to show the production centrality. As a result, the event rate in pp collisions is found to be of the same order as that estimated by the Durham group, in the range 1−6 femtobarn. However, evaluating an analysis to include the rapidity gap survival probability in the photoproduction mechanism, the results become competitive with those predicted by the electromagnetic and Double Pomeron Exchange mechanisms, showing the diffractive photoproduction to be a promising production channel for Higgs boson detection at the LHC. The predictions for the cross section in pA processes show a significant enhancement in comparison to previous estimates, resulting in a cross section for pPb collisions of the order of 1 picobarn. This is two orders of magnitude higher than in pp collisions, however both the luminosity and the running time with pPb collisions will be much lower than in pp ones. Nevertheless the events are going to be very clean, free of the pile-up present in high luminosities pp runnings.