The primary purpose of this thesis is the design, development and validation of a system capable of measuring magnetic field with low-noise conditions at sub-millihertz frequencies. Such instrument is conceived as a part of a space mission concept for a gravitational-wave observatory called eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna). In addition, the work of this thesis is also well-suited for use in magnetically sensitive fundamental physics experiments requiring long integration time, such as high-precision measurement of the weak equivalence principle using space atom interferometry. To this end, the baseline design of the instrument is also foreseen to monitor the environmental magnetic field in a proposed mission concept involving space atom-interferometric measurements, known as STE-QUEST (Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test). / El principal objetivo de esta tesis es el diseño, desarrollo y validación de un sistema capaz de medir campos magnéticos de bajo ruido a muy baja frecuencia (0.1\,mHz). Este instrumento es concebido como parte de una propuesta de misión espacial para un observatorio de ondas gravitacionales llamado eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna). Además, el estudio de esta tesis es también de utilidad para experimentos de física fundamental especialmente sensibles a los campos magnéticos. En particular, aquellos que requieren tiempos de integración largos, como por ejemplo medidas de alta precisión del principio de equivalencia usando interferometría atómica en el espacio. En este contexto, está previsto que el sistema de medidas desarrollado en esta tesis forme también parte del la misión espacial STE-QUEST (Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test). Diferentes tecnologías de sensores magnéticos (fluxgate, magnetoresitencias anisotrópicas, y magnetómetros atómicos) junto con técnicas apropiadas de reducción de ruido electrónico han sido estudiadas con el fin de evaluar si pueden ser usadas en misiones espaciales con exigentes requerimientos a baja frecuencia. Por otro lado, estas misiones requieren del control minucioso del ambiente magnético generado en el satélite. Esto es debido a que el instrumento principal puede operar correctamente y alcanzar su máximo rendimiento sólo si el entorno magnético se encuentra bajo unas determinadas condiciones. Por lo tanto, este trabajo también implica la investigación de las propiedades magnéticas del magnetómetro y su posible impacto sobre el experimento científico. Finalmente, otro problema potencial es la exactitud con la que el campo magnético puede ser estimado desde la posición del sensor hasta la región de interés donde se desea interpolar la medida. La elección de un método robusto para una determinada configuración de sensores es también parte de este trabajo. Aunque otros tópicos son cubiertos, los objetivos aquí mencionados son los principales temas cubiertos en esta tesis.

Two research studies have been addressed in this thesis. Both of them are of actual scientific interest and are based on processing GNSS data. The first part of this thesis is devoted to GNSS detection and monitoring of solar flares. The second one is devoted to GNSS prediction of ionospheric Total Electron Content. Regarding the first study, a new solar flare detector called SISTED has been designed and implemented. Its goal is to provide a simple and efficient way of detecting the most number of powerful X-class solar flares in real time operation. In addition, it can send early warning messages to prevent the harmful consequences of the increase of ejected particles from the Sun that may reach the Earth after a solar flare, especially in case of a Coronal Mass Ejection. The main benefit of SISTED regarding other detection techniques is that it does not require data from external providers out of the GNSS community. In addition, it can run in real-time operation and could provide value added data to GNSS users. The results show that SISTED was able to detect up to the 95% of the X-class flares reported by GOES for more than a half solar cycle. Regarding the second study, a new approach to predict Global Ionospheric vertical TEC Maps has been designed and implemented in the context of the IGS Ionosphere Working Group. The motivation to develop a UPC Predicted product was the interest of ESA's SMOS mission. A recent application using UPC Predicted products is the generation of real-time global VTEC maps as background model. In addition, the predicted VTEC maps are used to generate the combined IGS Predicted products. The results obtained in this thesis show that the model performs well when the results are compared with those obtained by the other IGS analysis centers. In addition, applying the prediction model leads to better results than the use of time-invariant ionosphere for two days ahead. In relation with this research, 4 publications in international journals indexed in JCR/ISI have been generated (and another one is under review process), and 7 presentations have been authored in international meetings, among the new UPC predicted product contributing to IGS, and the contribution to two competitive projects funded by the European Space Agency (AGIM and MONITOR).

Información extraída de <a href="http://www.iar.unlp.edu.ar/biblio/index.html">http://www.iar.unlp.edu.ar/biblio/index.html</a>

Desde hace tiempo la explicación de la existencia de estrellas deficientes en hidrógeno ha sido de amplio debate. Uno de los mecanismos posibles que explica la formación de estrellas post-AGB con estas características, involucra un flash tardío de la capa de helio. Para arribar a este tipo de objetos hemos calculado la evolución previa, para estrellas de masa intermedia, desde la ZAMS hasta el recorrido a lo largo de la rama de enfriamiento de las enanas blancas, ya que es de crucial importancia tener un perfil químico realista lo cual es posible de obtener únicamente si se calcula toda la evolución de la estrella desde su formación.

La temática de esta tesis está orientada hacia el estudio de las propiedades pulsacionales de las estrellas variables ZZ Ceti desde un punto de vista teórico-numérico. Una de las motivaciones mas importantes para estudiar estrellas pulsantes en general radica en la posibilidad de extraer información de su estructura interna y estado evolutivo a traves del análisis de su espectro pulsacional. Esta técnica es análoga en su esencia a la tan conocida sismología en geofísica. El principio básico (muy antiguo en la historia de la física) es estudiar cómo un sistema vibra para luego inferir sus propiedades estructurales. En el caso de las estrellas, esta metodología se enmarca en la disciplina denominada astrosismología.

Cotutela ICFO-Universitat Politècnica de Catalunya i Institut Fresnel-Université Aix-Marseille / In this century some of our main issues are energy shortage and pollution. This work will briefly describe these problems, proposing a plan of action combining energy saving and different sustainable energy sources. Within different types of renewable energy sources, solar energy is the most abundant one. To make solar energy a more sustainable and cost effective technology we focus on enhancing the optical characteristics of thin film solar cells. In this category, organic solar cells are good options for their exiguous amount of material and the low energy needed for the fabrication process. This technology can be lightweight, transparent, flexible and conformal in order to be applied to and integrated in various architectural solutions and consumer electronics. After a study of the physics of such devices and on how to optically enhance their performances, we will show some examples where we theoretically and experimentally collect the solar radiation with optical antennas. We report, for the first time in literature, a nanogap antenna that efficiently couples the light in our active material thin film. Finally, we elaborate on the concept of building integrated photovoltaics introducing some examples of solar façades. Based on our research, we are able to design and fabricate an organic transparent solar cell with a visible transparency above 20% and an optically enhanced photon-electron conversion efficiency remarkably similar to its opaque equivalent. / En el presente siglo, algunas de las prioridades son la escasez de la energía y la contaminación. Este trabajo describirá brevemente estos problemas y propondrá un plan de acción que combina el ahorro energético con diferentes fuentes sostenibles de energía. Dentro de estas fuentes de energía renovables, la energía solar es la más abundante. Con el objetivo de hacer la tecnología solar más sostenible y eficiente económicamente nos concentramos en aumentar las características ópticas en celdas solares de película delgada. Dentro de esta categoría, las celdas solares orgánicas son una buena opción porque su desarrollo requiere bajas cantidades de materiales y su fabricación es de baja energía embebida. Adicionalmente, esta tecnología puede ser liviana, transparente, flexible mecánicamente y modular para ser aplicada e integrada en varias soluciones arquitectónicas y de electrónica de consumo. Luego de estudiar los procesos físicos en tales dispositivos y de determinar las metodologías para aumentar ópticamente sus desempeños, mostraremos algunos ejemplos donde teórica y experimentalmente se colecta la radiación solar mediante antenas ópticas. Se reporta por primera vez, una antena de nanogap que acopla eficientemente la luz en la capa activa de la celda solar. Finalmente, se desarrolla el concepto de tecnología fotovoltaica integrada en edificaciones tras introducir algunos ejemplos de fachadas solares. Basados en nuestra investigación, fue posible diseñar y fabricar una celda solar orgánica transparente cuya transparencia en el rango visible estuvo por encima del 20% y una eficiencia de conversión foton-electron aumentada ópticamente que resulto notoriamente similar a la celda solar orgánica opaca equivalente. / La rareté grandissante des ressources en énergie associée à une augmentation de la pollution font partie des enjeux plus importants de ce siècle. Cette thèse décrira brièvement ces deux problématiques et proposera un plan d’action combinant économie d’énergie et diversité des sources d’énergies renouvelables. Parmi les formes d’énergies renouvelables disponibles, l’énergie solaire est la plus abondante. Pour faire de l’énergie solaire une ressource plus durable et plus rentable économiquement, nous proposons d’amplifier les propriétés optiques de cellules solaires en couches minces. Dans cette catégorie, les cellules solaires organiques représentent un choix pertinent de part la faible quantité de matériau nécessaire ainsi que la faible énergie nécessaire au procédé de fabrication. Cette technologie peut être légère, transparente et flexible de sorte qu’elle peut être utilisée dans différentes solutions architecturales s’adaptant à des produits électroniques pour le grand publique. Suivra la théorie sous jacente à ces dispositifs et l’explication de la manière dont leurs performances sont améliorées. Nous présenterons quelques exemples où l’on collecte la radiation solaire avec une antenne optique. Ainsi, nous faisons la toute première démonstration d’une antenne auto-assemblée qui couple efficacement la lumière dans le matériau constituant la couche mince que nous utilisons. Finalement, nous développons le concept de cellules photovoltaïques intégrées en présentant différents cas de façades solaires. Ces travaux nous ont permis de concevoir et de fabriquer une cellule solaire organique transparente avec une transparence dans le visible de 20% et une efficacité de conversion photon-électron améliorée, similaire à une cellule équivalente opaque. / La difficile reperibilità di risorse energetiche e l’inquinamento sono alcuni dei problemi più importanti di questo secolo. In questo lavoro saranno presentati brevemente questi temi proponendo un piano d’azione che abbini il risparmio energetico alle differenti fonti di energia rinnovabili. Nell’insieme delle fonti energetiche rinnovabili l’energia solare è senz’altro la più abbondante. Con l’obbiettivo di rendere lo sfruttamento di tale energia più sostenibile ed economicamente vantaggioso, ci premuriamo di migliorare le caratteristiche ottiche di celle fotovoltaiche a film sottile. In questa categoria utilizziamo, tra le diverse opzioni, le celle solari organiche in quanto la loro fabbricazione richiede una quantità di materiale minimo e un basso consumo energetico. Inoltre questi tipi di dispositivi possono essere leggeri, trasparenti, flessibili e conformabili alle superfici su cui sono applicati. Questa è una tecnologia che potrebbe essere implementata e integrata in varie soluzioni architettoniche o nell’ elettronica di consumo. Dopo aver presentato i principi fisici di tali dispositivi e determinato le metodologie ottiche per aumentarne le prestazioni, vengono illustrati alcuni esempi dove, teoricamente e sperimentalmente, riusciamo a intercettare la radiazione solare con antenne ottiche. Riportiamo, per la prima volta in letteratura, un’antenna ottica con nano-gap che accoppia efficacemente la luce solare nel nostro materiale attivo a film sottile. Nell’ultima parte sviluppiamo il concetto di tecnologia solare integrata negli edifici, introducendo alcuni esempi di facciate solari. Basando il design sulla nostra ricerca, è possibile realizzare una cella solare fotovoltaica organica trasparente, con una trasparenza superiore del 20% e un’ efficienza di conversione fotone-elettrone migliorata grazie all’ottica, che risulta molto vicina all’ equivalente cella fotovoltaica organica non trasparente.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T19:22:16Z No. of bitstreams: 1 CAMILLA DOS SANTOS RODRIGUES LEITE – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2012.pdf: 1293712 bytes, checksum: 38858a36d1603d9c94c3a7861fe88368 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T19:22:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAMILLA DOS SANTOS RODRIGUES LEITE – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2012.pdf: 1293712 bytes, checksum: 38858a36d1603d9c94c3a7861fe88368 (MD5) Previous issue date: 2012-05 / Capes / Uma caracterização bem elaborada das propriedades físicas das galáxias é de fundamental importância para entendermos o comportamento do Universo. Por outro lado, um dos grandes desafi os da Teoria da Relatividade Geral é encontrar soluções exatas com clara interpretação física. Nosso trabalho visa obter soluções exatas das equações de Einstein que possam representar modelos de discos galácticos, seguindo um método indireto para evitar a árdua tarefa de resolver as equações de Einstein diretamente. Para tanto, consideramos a ideia de uma hipersuperfície imersa em um espaço de dimensão superior, e utilizamos o formalismo da imersão associado ao Método "deslocar, cortar e refletir" (que pode ser considerado como uma adaptação do conhecido método das imagens, estudado em eletrostática), com o qual "cortando" e "colando" soluções conhecidas de vácuo, geramos soluções com fonte do tipo disco. Este procedimento é aqui denominado método da imersão, e constitui-se como uma ferramenta e ciente na modelagem de discos, visto que permite uma maior liberdade quanto à escolha da hipersuperfície de corte, e a consequente determinação das propriedades físicas (densidade, pressão, etc) do disco de matéria gerado. Este método, portanto, torna-se mais abrangente, uma vez que o método convencional se limita à analise de hipersuperfícies "planas", nas coordenadas consideradas. Através da aplicação desse método, verifi camos que o conteúdo material de um disco galáctico, idealizado como um disco de matéria infinitamente fino, é descrito por um tensor energia-momento super ficial cujas componentes podem ser escritas explicitamente em termos das funções de imersão. Estudando alguns casos particulares, reproduzimos os resultados encontrados na literatura. / The study of the physical properties of galaxies is very important to understand the behavior of the Universe. On the other hand, one of the great challenges of the General Theory of Relativity is to nd exact solutions which have a clear physical interpretation. Our work aims to obtain exact solutions of Einstein's equations that can represent models of galactic disks, by following an indirect method to avoid the di cult task of solving Einstein's equations directly. To this end, we consider the idea of a hypersurface embedded in a space of higher dimension, and we use the embedding formalism associated with the method of "displace", cut and reflect" (which can be considered as an adaptation of the known method of images, studied in electrostatics) on known vacuum solutions in order to generate solutions with disklike sources. This procedure, called the Embedding Method, is an e cient tool for modeling disks, as it allows great freedom in the choice of cutting hipersurfaces, and the consequent determination of physical properties (density, pressure, etc.) of the matter in the disk which is generated. Therefore, this method becomes more general than the conventional formulation of the method of "displace, cut and reflect", which works only to "plane" hypersurfaces (as viewed in the employed coordinate system). By applying the embedding formalism, we found that the material content of galactic disks, idealized as a in nitely thin disk of matter, is described by an energy-momentum tensor whose components can be written explicitly in terms of the embeeding functions. By studying individual cases, we reproduce some disk models found in the literature.

O mundo é moldado pela tecnologia: computadores, celulares, internet e vários outros equipamentos são responsáveis por mudanças nos hábitos de milhões de pessoas. Além disso, o conhecimento científico atual nos apresenta um Universo gigantesco e rico em figuras quase mitológicas, como aglomerados estelares e galácticos, expansão do espaço-tempo e um surgimento universal cataclísmico. E, no núcleo de todas estas inovações e informações, se encontra o conhecimento que chamamos de Física Moderna e Contemporânea. Seria de se esperar que o ensino de Física na escola média estivesse recheado de assuntos desta natureza, auxiliando os educandos a explorar e interpretar o mundo em que vivem e entender a ciência envolvida por trás destes equipamentos e descobertas. Porém, tais conteúdos ainda são a minoria dos tópicos abordados nesta disciplina. Este trabalho se insere neste contexto, procurando colaborar com a incorporação de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no ensino médio, através da apresentação do processo de construção de uma proposta curricular de Física diferenciada, aplicada a partir do ano de 2006 em uma escola particular paulistana. Nele explora-se o desenvolvimento e a aplicação da proposta que introduziu alguns tópicos de Astrofísica e Cosmologia no segundo semestre do curso da 1ª série do ensino médio da escola no ano de 2008. Observou-se, através de técnicas da Análise de Conteúdo, a aprendizagem de conceitos e a apropriação de certos elementos entendidos como fundamentais na proposta: alterações na visão dos educandos sobre o mundo e sobre o conhecimento físico. Percebeu-se, ainda, que alguns deles traçam correlações entre os conceitos ensinados e situações de seu cotidiano, apontando para uma experiência de ensino significativa. / The world is shaped by technology: computers, phones, internet and other equipment are responsible for habits changes of millions of people. In addition to this, the scientific knowledge available today indicates a huge Universe, rich in mythological figures, such as star and galaxies clusters, the expansion of space-time and a cataclysmic universal rise. At the core of these innovations and information is Modern and Contemporary Physics. We would expect the middle school teaching of physics to be filled with matters of this nature, allowing students to explore and interpret the world and to understand the science behind these devices and discoveries. However, these contents are still the minority of the topics covered by this course. This paper fits in this context, aiming at collaborating with the incorporation of subject matters from Modern and Contemporary Physics in high school, through the presentation of the construction of a differentiated curriculum in Physics, applied in 2006 at a private school in Sao Paulo. We explore the development and implementation changes in the proposal which introduced some topics for Astrophysics and Cosmology in the second semester of a secondary education schools first grade, conducted in 2008. Using techniques of Content Analysis, the learning of concepts and elements seen as essential in the proposal such as changes in students\' vision about the world and physical knowledge arise. The material analysis has allowed us to presume the ownership of some these elements. It has also been noticed that some students establish the relationship between the concepts learned and everyday life situations, pointing at a significant learning experience.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-20T19:10:07Z No. of bitstreams: 1 DissLCP.pdf: 1996669 bytes, checksum: 2a08a209c281476b0ab43a88b088630f (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T12:41:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLCP.pdf: 1996669 bytes, checksum: 2a08a209c281476b0ab43a88b088630f (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T12:41:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLCP.pdf: 1996669 bytes, checksum: 2a08a209c281476b0ab43a88b088630f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T12:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLCP.pdf: 1996669 bytes, checksum: 2a08a209c281476b0ab43a88b088630f (MD5) Previous issue date: 2015-08-07 / Não recebi financiamento / In this dissertation, an astronomy workshop is proposed which can be used as preparation for Brazilian Olympics of Astronomy, but whose main goal is to become one more tool for studies in such discipline. Even those who did not attend a specific discipline of astronomy throughout his academic life are able to apply this workshop, because, to each class of the sequence, texts and videos with supplementary information was given, making it accessible to all interested teachers. To justify the need for this teaching sequence, this dissertation starts with a national overview of astronomy education and their main weaknesses, then describes the Brazilian Olympics of Astronomy and its achievements, reports previous workshop experiences to, only at the end, propose a possible activities script. / Neste trabalho, é proposto um minicurso de Astronomia, que pode ser utilizado como preparação para a Olimpíada Brasileira de Astronomia, mas que tem como função principal se tornar mais uma ferramenta de resgate do ensino desta disciplina. Mesmo aqueles que não cursaram uma disciplina específica de Astronomia, ao longo de sua vida acadêmica, podem se utilizar deste minicurso, pois para cada aula da sequência textos e vídeos com informações complementares foram indicados, tornando-o acessível a todos os interessados. Para justificar a necessidade desta sequência didática, a dissertação é iniciada com um panorama nacional do ensino de Astronomia e suas principais deficiências, em seguida descreve a Olimpíada Brasileira de Astronomia e suas conquistas, relata experiências de minicursos ministrados anteriormente para, somente no fim, propor um possível roteiro de atividades.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-23T14:20:00Z No. of bitstreams: 1 TeseMC.pdf: 7974204 bytes, checksum: 37e1ce261d2f4d80353e99c7ad41eada (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T20:39:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseMC.pdf: 7974204 bytes, checksum: 37e1ce261d2f4d80353e99c7ad41eada (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T20:39:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseMC.pdf: 7974204 bytes, checksum: 37e1ce261d2f4d80353e99c7ad41eada (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:39:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMC.pdf: 7974204 bytes, checksum: 37e1ce261d2f4d80353e99c7ad41eada (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In order to obtain structures known as defects, it was used a systematic procedure which holds cyclic deformation chains. This cyclical procedure enables that the initial defect (used to trigger the chain) is recovered via the process of successive deformations. This technique was applied considering topological kink like defects derived from two models, 4 and sine-Gordon, described by a single real scalar eld. The results show that this procedure can generate simultaneously kink and lump like defects with topological mass satisfying closed relations. After the detailed description and analysis of this method, some of its results were applied in brane scenario, where we studied the quantum problem analogue derived from a metric perturbation. The scenarios includes thick branes results that could support 4-dimensional gravity inside. Finally, we studied the topological origin of vacuum transitions in scenarios supported by double-well potentials. It was found that the Wigner function, constructed by means of the ground and rst excited states (solutions of the normal modes potential spectrum), performs quantum tunneling moving from one minimum to another in the potential. The tunneling analysis was performed by a prescription of the Wigner's function dynamics and the time dependence of stagnation points for an analytical double well potential. / Com a finalidade de obter estruturas conhecidas como defeitos, foi utilizado um procedimento sistemático que encerra cadeias cíclicas de deformações. Esse procedimento ciclico possibilita que o defeito inicial (utilizado para acionar a cadeia) seja recuperado através do processo de deformações sucessivas. Essa técnica foi aplicada considerando-se defeitos topológicos (tipo kink) derivados de dois modelos, __ x4 e sine-Gordon, descritos por um único campo escalar e real. Os resultados encontrados revelam que esse procedimento pode gerar simultaneamente defeitos tipo kink e tipo lump (não topológico) com massas topológicas satisfazendo relações fechadas de vinculo. Após a descriçao e análise detalhadas desse método, alguns de seus resultados foram aplicados em cenário de branas, tencionando-se estudar seu problema quântico derivado de uma perturbação na métrica. O cenário inclui como resultado branas espessas que poderiam sustentar gravidade 4-dimensional em seu interior. Por fim, estudou-se a origem topológica das transições de vácuo em cenários sustentados por potenciais com fundo duplo. Verificou-se que a função de Wigner, construida por meio do estado fundamental e do primeiro estado excitado (soluções do espectro de modos normais do potencial), realiza tunelamento quântico deslocando-se de um minimo ao outro do potencial. A análise do tunelamento foi realizada através de uma prescrição da dinâmica da função de Wigner e da dependência temporal dos pontos de estagnação para um potencial de fundo duplo analitico.