Orientador: Patricio Anibal Letelier Sotomayor / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:06:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vogt_Daniel_D.pdf: 2048895 bytes, checksum: d7173036404048baab332998c8c336cc (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Soluções exatas das equações do campo de Einstein que representam espaços-tempo com distribuições de matéria em forma de discos são construídas pelo método inverso (método das imagens). Estas soluções incluem discos estáticos ínos de fluido perfeito com e sem halos, discos estáticos finos de fluido perfeito com carga elétrica e modelos de discos finos formados por poeira carregada. São estudadas ainda novas soluções em vários sistemas de coordenadas que representam discos estáticos grossos com espessura constante. Uma forma particular para a métrica isotrópica em coordenadas cilíndricas é usada para obter-se versões relativísticas de pares potencial-densidade Newtonianos comumente usados na Astronomia Galáctica. Um modelo relativístico simplificado, porém exato, de um núcleo ativo de galáxia também é apresentado. Finalmente, é feito um estudo de alguns pares-potencial densidade Newtonianos obtidos a partir da expansão multipolar do potencial Newtoniano que generalizam pares conhecidos / Abstract: Exact solutions of Einstein field equations that represent space-times with disklike matter distributions are constructed using the inverse method (image method). These solutions include static thin perfect uid disks with and without halos, static thin charged perfect uid disks and models of thin charged dust disks. New solutions in various coordinate systems that represent static thick disks with constant thickness are also studied. A particular form of the isotropic metric in cylindrical coordinates is employed to obtain relativistic versions of Newtonian potential-density pairs commonly used in Galactic Astronomy. A simplified, although exact, relativistic model of an active galactic nuclei is also presented. Finally, some Newtonian potential-density pairs obtained from the Newtonian multipolar expansion that generalize known pairs are studied. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

This work aims to obtain the fusion excitation function for the 16O+16O system through gamma-spectroscopy measurements and gamma-charged particle coincidence, using the Saci-Perere system mounted at the end of the 30A beamline of the Open Laboratory of Nuclear Physics of the University of São Paulo (LAFN). Tests with the gamma-charged particle detection system indicated its unfeasibility due to the short measurement time and lose of the neutron channel. To overcome this problem, a new experimental setup was used. Two $\\gamma$-ray detectors were placed at 55º and 125º and a surface barrier detector was placed at 130º to monitor the 16O nuclei backscattered. The partial fusion cross sections related to the exit channels from the 16O+16O fusion reaction were measured by detecting their characteristic gamma rays at Ecm= 8.27, 9.27, 10.77 and 12.27 MeV. Three difficulties were faced during and after the experiment: carbon contamination of the target, natural background and low beam intensity. Efforts were made to successfully overcome these difficulties. The relative normalization was made by two ways, using the gamma-rays at 279 keV(197Au) and 536 keV(100Mo), and their results agree very well with each other. The total fusion cross section was obtained by summing the partial cross sections for each beam energy. Its absolute normalization was performed with the total theoretical fusion cross section obtained using coupled channel calculations, using the zero point motion model (ZPM), at Ecm= 12.27 MeV. With the total fusion cross section we calculated the astrophysical S-factor, and both results are in good agreement with the literature. / O objetivo deste trabalho é obter uma função de excitação para o sistema 16O+16O através de medidas de espectroscopia-gamma e coincidência gamma-partícula carregada, utilizando o sistema Saci-Perere montado no final da linha de feixe 30A do Laboratório Aberto de Física Nuclear da Universidade de São Paulo (LAFN). Testes com o sistema de detecção gamma-partícula carregada indicaram sua inviabilidade devido ao curto tempo de medida e a perda do canal de nêutrons. Para superarmos este problema, uma nova configuração experimental foi utilizada. Dois detectores de radiação gamma foram posicionados a 55º e 125º e um detector de barreira de superfície foi posicionado a 130º para monitorar os núcleos de 16O retroespalhados. As seções de choque parciais relativas aos canais de saída da reação de fusão 16O+16O foram medidas através da detecção de seus raios-gamma característicos para Ecm= 8.27, 9.27, 10.77 e 12.27 MeV. Três dificuldades foram encontradas ao longo e após o experimento: contaminação do alvo por carbono, radiação natural de fundo e baixa intensidade do feixe. Esforços foram direcionados com sucesso para superar estas dificuldades. A normalização relativa foi realizada por dois caminhos, utilizando os raios-gamma a 279 keV(197Au) e a 536 keV(100Mo), e seus resultados concordam muito bem. A seção de choque de fusão total foi obtida somando as seções de choque parciais para cada energia de feixe medida. Sua normalização absoluta foi feita usando a seção de choque de fusão teórica total obtida com cálculos de canais acoplados, utilizando o modelo (ZPM), para Ecm= 12.27 MeV. De posse da seção de choque de fusão total calculamos o fator S-astrofísico, e ambos os resultados concordam bem com a literatura.

Neutrino oscillations in matter can be studied in different regimes, depending on the energy of the incoming neutrinos and the matter density of the medium. In this thesis we investigate neutrino oscillations in dense matter at very high energy (TeV-PeV range), taking into account the absorption that the neutrinos may undergo in such dense media. This absorption phenomenon is relevant for neutrino telescope measurements of astrophysical neutrinos. We begin with a brief reminder on neutrino oscillations in vacuum and the construction of the PMNS matrix. Then, we proceed with calculations for dense matter. We then explore the accuracy of the resulting effective 2-neutrino mixing formulas. They present a good accuracy for Earth-like densities in our range of energies. We develop the calculations for oscillation probabilities in dense matter with absorption through charged-current inelastic scattering for both the two-neutrino and three-neutrino case. We find that in dense media, astrophysical neutrinos indeed undergoabsorption, which reduces signicantly the fluxes for each flavor, with a resonant absorption of electron-anti-neutrinos around E_{res}\simeq 6.3PeV. We discuss the impact of neutrino absorption in the Earth for neutrino telescopes measurements. We find that solar and lunar shadowing is not problematic for current telescopes but could be a good angular resolution indicator for new telescopes to come. / Neutrinooscillationer i materia kan studeras i olika regimer beroende på inkommande neutrinernas energi och densiteten hos det bakomliggande mediet. I detta examensarbete undersöker vi neutrinooscillationer i gränsen av tät materia och mycket hög energi (TeV-PeV-intervall), och tar hänsyn till den absorption av neutriner som då kan inträffa i sådant materia. Detta absorptionsfenomen är relevant för neutrino-teleskopmätningar av astrofysiska neutriner. Vi börjar med att kort påminna oss om neutrinooscillationer i vakuum och konstruktionen av PMNS-matrisen. Vi försätter sedan med beräkningar av neutrinooscillationer i tät materia. Vi undersöker noggrannheten i resulterande effektiva 2-neutrino-blandningsformlerna. De uppvisar en god noggrannhet i jordlika materieprofiler i vårt intervall av energier. Vi utvecklar beräkningarna av oscillationssannolikheterna i tät materia inklusive absorption genom laddad ström oelastisk spridning i båda två- och tresmaksfallen. Vi finner att astrofysiska neutriner i tät materia absorberas, vilket minskar betydligt flödena för varje smak, med en resonansabsorption av elektron-antineutrino omkring E_res\simeq 6.3PeV. Vi diskuterar sedan effekterna av neutrinoabsorption på jorden för neutrino-teleskopmätningar. Vi finner att sol- och månskuggning är inte problematisk för nuvarande teleskop och kunde vara en bra vinkelupplösningsindikator för kommande teeskop.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24407号 / 理博第4906号 / 新制||理||1701(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 鶴 剛, 准教授 細川 隆史, 教授 永江 知文 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

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Environ 3% des antiprotons (p) stoppés dans l'heliurn survivent plusieurs microsecondes contre quelques picosecondes dans tout autre matériau. Cette métastabilité inhabituelle résulte d'une capture sur des états liés de l'atome exotique pHe+, dénommé atomcule car il s'apparente à la fois à un atome de Rydberg quasi-circulaire quasi-classique de grand moment angulaire l ~ n - 1 ~ 37 et à une molécule diatomique composée d'un noyau chargé négativement et caractérisée par une forte excitation rotationnelle J = l. En dehors de cette structure duale originale accessible par spectroscopie laser, la physico-chimie de leur interaction avec d'autres atomes ou molécules a fait l'objet de mesures résolues en état. Alors que les atomcules résistent à des millions de collisions dans l'helium pur, des contaminants moléculaires comme H2 les détruisent immédiatement, même à basse température. Dans le cadre Born-Oppenheimer, nous interprétons l'interaction moléculaire, calculée par des techniques de chimie quantique ab initio, en termes de chemins réactifs classiques, qui présentent des barrières d'activation compatibles avec celles mesurées pour He et H2. Nous montrons par une approche Monte Carlo de trajectoires classiques que la thermalisation détruit fortement les populations initiales, portant la fraction estimée des états de capture à 3 %. Nous étudions aussi la recombinaison dissociative pHé + é + e- dans une approche de trajectoires classiques pour les noyaux: nous prédisons la synthèse d'antihydrogène avec un rapport de branchement de 10 %, ainsi qu'une nouvelle classe d'atomcules métastables (alpha, p, e+, 2e-), qui pourrait être confirmée par spectroscopie. Ce travail illustre la transférabilité des concepts de chimie physique à l'étude de processus exotiques en présence d'antimatière, et apporte un éclairage nouveau sur la physico-chimie des radicaux interstellaires froids.

Cinquante ans après la découverte de l'origine extragalactique des quasars, leurs noyaux (AGN) et les jets qu'ils montrent parfois nous réservent encore des surprises, en particulier dans le domaine des rayons gamma. Au dessus de 100 GeV, les télescopes Cherenkov tels que H.E.S.S. ont détecté plus de 50 AGN, principalement des blazars, objets dont le jet pointe vers l'observateur. La détection de deux d'entre eux, 1ES 1312-423 et SHBL J001355.9-185406, est décrite dans cette thèse. Leurs spectres multi longueurs d'onde sont ajustés par un modèle synchrotron self-Compton. Les rayons gamma émis par les blazars sont en partie absorbés par la lumière de fond extragalactique (EBL), deuxième composante cosmologique diffuse la plus intense, qui contient l'histoire intégrée de la formation d'étoiles. La première détection de cette absorption au dessus de 100 GeV est réalisée, conduisant à la mesure de l'amplitude du pic optique de l'EBL à 20% près. Finalement, les variations extrêmes du flux des blazars sont étudiées à l'aide des éruptions de PKS 2155-304 vues par H.E.S.S.. L'observation d'une distribution de flux hautement asymétrique et d'une corrélation R.M.S.-flux sont expliquées dans le cadre d'un modèle cinématique, où l'émission observée est une réalisation d'un processus stochastique.

Les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie forment un sujet d'astroparticules très actif car nos connaissances dans ce domaine sont encore loin d'être complètes. Par exemple, ni la nature ni les sources de ces particules ne sont clairement identi- fiées. Le seul fait expérimental bien établi à ce jour est l'existence d'une coupure dans le flux en énergie, autour de 4 × 1019 eV, en bon accord avec la coupure prédite par Greisen-Zatsepin-Kuzmin, comme conséquence de l'interaction des rayons cosmiques avec le rayonnement de fond cosmologique, aux énergies les plus hautes. Concernant les sources, seule une statistique accrue peut éventuellement résoudre l'énigme et il faudra probablement attendre une prochaine génération d'expériences, proposant une surface de collection encore plus grande que celles actuellement en cours d'acquisition, comme l'Observatoire Pierre Auger ou Telescope Array. Avant d'augmenter la statis- tique, une bonne connaissance à la fois de l'énergie du rayon cosmique et de sa nature aidera à comprendre les mécanismes opérant à leurs sources. Concernant l'identification de la nature du rayon cosmique, des améliorations des détecteurs actuels sont en cours ou envisagées. Elles devraient permettre de mesurer certaines composantes spécifiques des gerbes atmosphériques comme par exemple la contribution électromagnétique, via le champ électrique émis par les électrons et positrons secondaires. Je présente dans cette HDR une revue des résultats actuels concernant le thème des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie. Après avoir présenté quelques résultats sur le mécanisme de Fermi pour accélérer les rayons cosmiques, j'aborde en particulier la re- construction des gerbes atmosphériques détectées par le réseau de surface de l'Observa- toire Pierre Auger ainsi que la recherche des sources, basée sur la connaissance fine de la couverture du ciel, impliquant une maîtrise des performances du détecteur. Je traite également en détails le signal radio émis par les électrons et positrons secondaires des gerbes, dans le domaine du MHz. Ce signal est étudié depuis le milieu des années 1960 mais la technologie n'en permet une exploitation complète que depuis les années 2000. Je propose un état des lieux de nos connaissances à travers les résultats des expériences actuelles 1 dans ce domaine. Les données montrent que le champ électrique est princi- palement dû à l'influence du champ magnétique terrestre agissant sur les électrons et positrons mais plus récemment, la contribution due à l'excès l'électrons semble appa- raître dans les données. Enfin, je présente nos dernières avancées dans le domaine de la simulation du champ électrique, avec notamment la prédiction d'un signal nouveau, produit par la disparition de la gerbe atmosphérique lors de son absorption dans le sol.

Les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie sont les messagers des phénomènes les plus cataclysmiques ayant lieu dans l'Univers. L'énergie portée par ces particules peut atteindre quelques dizaines de Joules et est dissipée dans l'atmosphère terrestre sous forme d'une avalanche de particules secondaires. Les questions portant sur leur origine et leur propagation sont toujours au coeur du débat car elles n'ont toujours pas de réponse définitive. CODALEMA est la pionnière des expériences modernes de détection indirecte des rayons cosmiques à travers l'émission radio des particules chargées de la gerbe. Cette recherche est motivée par la possibilité de caractériser entièrement le rayon cosmique primaire avec des antennes sensibles aux ondes électromagnétiques dans la bande décamétrique, et nettement moins coûteuses que les instruments disponibles actuellement. Ce manuscrit présente les résultats de 3 années consacrées à la mise en opération et l'analyse de données d'un réseau de stations autonomes, qui composent la dernière configuration de CODALEMA. L'étude du bruit de fond a révélé une sensibilité des stations face aux interférences radio d'origine humaine. Des méthodes de réjection de ce bruit ont été développées dans le but de les incorporer dans les prochains circuits électroniques de sélection de signaux transitoires. Les premières données ont montré que la mesure des deux polarisations horizontales du champ électrique est indispensable pour distinguer les mécanismes d'émission radio. De même, une nouvelle paramétrisation de la distribution latérale du champ électrique est discutée.

Les rayons cosmiques d'ultra-hautes énergies (RCUHE), i.e. E > 1 EeV, soulèvent de nombreuses interrogations quant à leur origine et constituent un défi à la physique contemporaine. Ces rayons cosmiques qui pénètrent dans l'atmosphère dissipent leur exceptionnelle énergie dans la formation de gerbes de particules secondaires dont le développement est sensiblement différent suivant la nature de la particule primaire. L'étude de la composition des RCUHEs revêt donc un intérêt majeur tant dans la compréhension des processus hadroniques qui régissent l'évolution des gerbes que dans l'identification des sources de ce rayonnement. L'Observatoire Pierre Auger peut, eu égard à sa structure hybride et à la taille inégalée de son réseau de détecteurs au sol, apporter des réponses claires aux problématiques soulevées par les RCUHEs. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la composante muonique des gerbes atmosphériques. Dans un premier temps, nous montrons comment les paramètres hadroniques conditionnent la production de muons. Par la suite, nous présentons une méthode originale permettant d'extraire cette composante muonique et d'en déduire les implications relatives à la composition des RCUHEs. Les résultats de cette approche semblent indiquer une transition d'une composition lourde vers une composition plus légère dès lors que l'énergie augmente. Finalement nous abordons la mesure de la section efficace cosmique-air en décrivant les bases de cette étude de même que son champ d'application : les premiers résultats déduits des données de l'Observatoire Pierre Auger sont alors présentés.