Orientador: Prof. Dr. Alysson Fábio Ferrari / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2016. / Operadores contendo derivadas superiores não estão incluídos no Modelo Padrão Estendido (SME) e podem ter relevância na busca por uma teoria que opere na escala de Planck. Nessa tese de doutorado investigamos algumas consequências físicas no regime de baixas energias devido a violação de Lorentz (Lorentz violation, ou LV) gerada por operadores desse tipo. Começamos com um modelo constituído pelo campo fermiônico carregado e massivo , pelo campo do fóton A e pelo campo do tipo áxion (ALP ou axion-like-particle) . A LV aparece através dos acoplamentos não mínimos Fd e 5=b , onde d e b são os vetores constantes responsáveis pela introdução da LV. Assumimos que o campo fermiônico tem massa muito grande, e integramos a ação efetiva no campo do férmion, obtendo então como correção quântica de uma laço uma interação efetiva a baixa energia entre o campo do fóton e o campo do ALP, que resulta ser do mesmo tipo de interação que tem sido investigado em pesquisas experimentais atuais. Em seguida, estudamos outras consequências da interação Fd por meio correções quânticas de um laço, agora exclusivamente no setor de fóton. Mostramos que tal interação LV é responsável por gerar na ação efetiva operadores LV com derivadas superiores. Dentre as correções quânticas geradas consideramos a correção até primeira ordem no parâmetro LV d, juntamente com as correções não lineares de mais baixa ordem, e investigamos efeitos da LV na propagação de ondas eletromagnéticas em uma região contendo um campo magnético forte e constante. Por fim investigamos consequências físicas adicionais da interação Fd por meio das interações entre fontes externas intermediadas pelo campo eletromagnético, onde discutimos os principais fenômenos físicos que emergem dessa teoria e que não são contemplados na teoria de Maxwell usual. / Higher derivatives operators are not included in the Standard Model Extension (SME) and they can have relevance in the search by a theory which operates in the Planck energy scale. In this PhD thesis we investigate some physical consequences in the low energy regime due to LV which was generated by this kind of operators. We start with a model in the high energy regime that is constituted by the charged massive fermionic field , by the photon field A and by the axion-like-particle (ALP) field . The LV appear in our model due to the two couplings Fd and 5=b , where d and b are the constant vectors responsible for introducing the LV. We assume the fermion mass to be very high and we integrate the effective action in the fermion field, obtaining as one-loop quantum correction an effective interaction in the low energy regime between the photon field and ALP field, which we show to be of the same form as the one studied in current experimental searches. Then, we study other physical consequences of the interaction Fd through one-loop quantum corrections in the pure photon sector. We show that such LV interaction generates in the effective action Lorentz violating higher derivatives operators. Among the generated quantum corrections we consider the ones of the first order in the LV parameter d; together with the lowest order non-linear corrections, and we investigate the effects of the LV in the electromagnetic wave propagation in a region with a strong, constant magnetic field. To finish, we investigate additional physical consequences of the interaction Fd through interactions between external sources intermediated by the electromagnetic field, where we discuss the main physical phenomena that emerge of this theory which have no counterpart in Maxwell theory.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Augusto Leigui de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, Santo André, 2018. / O objetivo deste trabalho é discutir a distorção do fluxo de raios gama de altas energias (250 GeV ¿ 25 TeV) devido a processos de atenuação desde a fonte até sua chegada na Via Lactea. Entre esses processos estão a produção de pares pela interação com a radiação cósmica de fundo, principalmente EBL, e a oscilação de fótons em bosons pseudoescalares leves, chamados de partículas tipo áxion (ALPs). Também é discutido como será o sinal do fluxo detectado pelo Cherenkov Telescope Array, explicitando suas especificações técnicas e principais melhorias em relação aos detectores atuais, o que nos levará a uma nova geração de telescópios de raios gama. / The purpose of this research is to discuss the distortion of VHE gamma-ray flux (250 GeV - 25 TeV) due to attenuation processes along its path from the source to our galaxy, namely: pair production as a result of the interaction with the background cosmic radiation, especially EBL, and gamma-ray mix with a light pseudoescalar fundamental boson called axion-like particle (ALP). It is also discussed how this signal should appear at Cherenkov Telescope Array, emphasizing its technical specifications and major improvements over current IACTs, which will lead us to a new generation of gamma-ray telescopes.

Axionartige Teilchen sind pseudoscalare Teilchen welche in Theorien jenseits des Standardmodells vorhergesagt werden. Falls ein axionartiges Teilchen innerhalb eines kosmischen magnetischen Felds gebildet wird, wird dieses nicht durch das Hintergrundlicht absorbiert. Daher kann es kosmische Distanzen überbrücken bevor es wieder in ein Photon zurück oszilliert. Dieser Effekt erhöht die Reichweite der Gammastrahlung im Universum. Im Rahmen dieser Dissertation werden Daten des Fermi Large Area Telescopes, aufgenommen über eine Zeitraum von sechs Jahren, systematisch analysiert. Hierbei wird nach axionartigen Teilchen mit Hilfe von Transparenzeffekten des Universums gesucht. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Modelle des extragalaktischen Hintergrundlichts mit und ohne Berücksichtigung axionartiger Teilchen verglichen. Hierfür werden Likelihood-Funktionen für das höchst energetische Photon verschiedener entfernter Quelle kombiniert. Diese sind aktive galaktische Kerne mit einer Rotverschiebung z ≥0.1 des Second Catalog of Hard Fermi-LAT Sources. Unter den Annahmen einer intergalaktischen magnetischen Feldstärke von B = 1 nG und einer Kohärenzlänge von s = 1 Mpc wurde keine Veränderungen der Transparenz durch axionähnliche Teilchen nachgewiesen. Für eine Masse eines axionartigen Teilchens mit m≅ 3.0 neV wird eine Photonen-Axion Kopplungskonstante über 10(^11) GeV(^−1) ausgeschlossen. / Axion-like particles, pseudo-scalar particles that arise in theories beyond the Standard Model, mix with photons in the presence of magnetic fields. If an axion-like particle is produced within a cosmic magnetic field, it evades extragalactic background light absorption and thus it can survive cosmological distances until oscillating back into a photon. This leads to an increased transparency of the Universe to gamma rays. In the scope of this thesis, we search for transparency effects compatible with the existence of axion-like particles with six years of data from the Fermi Large Area Telescope. We derive and combine the likelihoods of the highest-energy photon events from a sample of hard distant sources, in order to compare models that include axion-like particles and models with only extragalactic background light. The sources are active galactic nuclei from the Second Catalog of Hard Fermi sources at redshift z≥0.1. For values of the intergalactic magnetic field strength B = 1 nG and coherence length s = 1 Mpc, we find no evidence for a modified transparency induced by axion-like particles and therefore we set upper limits. We exclude photon-axion coupling constants above 10(^11) GeV(^−1) for axion masses m≅ 3.0 neV.