One of the exciting aspects of cosmology is to understand the period of `cosmic inflation' that powered the epoch of the Big Bang. Inflation has been very successful in explaining several puzzles of the standard big bang scenario. But the most important success of inflation is that it can explain the temperature fluctuations of cosmic microwave background and the large scale structures of the universe. Despite its great success, the details of the physics of inflation are still unknown. A large number of models of inflation successfully explain all the observations making it remarkably hard to distinguish between different models. We explore the possibility of differentiating between different inflationary models by studying two-point and three-point functions of primordial fluctuations produced during inflation. First, we explore possible constraints on the inflationary equation state by considering current measurements of the power spectrum. Next, we explore the possibility of a single field slow-roll inflationary model with general initial state for primordial fluctuations. The two-point and three-point functions of primordial fluctuations are generally computed assuming that the fluctuations are initially in the Bunch-Davies state. However, we show that the constraints on the initial state from observed power spectrum and local bispectrum are relatively weak and for slow-roll inflation a large number of initial states are consistent with the current observations. As the precision of the observations is increasing significantly, we may learn more about the initial state of the fluctuations in the near future. Finally, we explore the consistency relations for the three-point functions, in the squeezed limit, of scalar and tensor perturbations in single-field inflation that in principle can be used to differentiate between single-field and multi-field inflation models. However, for slow-roll inflation, we find that it is possible to violate some of the consistency relations for initial states that are related to the Bunch-Davies state by Bogoliubov transformations and we identify the reason for the violation. Then we discuss the observational implications of this violation. / text

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Neste trabalho foi investigada a possibilidade de haver uma interação entre a energia e a matéria escuras. Adotamos um espaço-tempo de Friedmann-Robertson-Walker plano e dois modelos de energia escura interagente. No primeiro, o termo de interação, presente nas equações de conservação da energia e da matéria escuras, foi obtido a partir de argumentos fenomenológicos. No segundo, esse foi derivado de primeiros princípios. Ambos os modelos foram comparados com dados observacionais recentes e, em ambos os casos, obtivemos uma estimativa da constante de acoplamento diferente de zero com um desvio padrão de confiança. Além disso, em ambos os casos o sinal da constante de acoplamento é compatível com a energia escura se convertendo em matéria escura, fornecendo um alívio para o problema da coincidência. / In the present work the possibility of a dark energy interacting with dark matter has been investigated. We considered a flat Friedmann-Robertson-Walker space-time with two alternative interacting dark energy models. In the first, the interaction term, appearing in the energy conservation equations was introduced by purely phenomenological reasons. In the second, it has been obtained from a given Lagrangian density. In both cases we compared the results with recent observational data and obtained an estimate of the coupling constant, which is nonvanishing by one standard deviation. Moreover, in both cases the sign of the coupling constant is compatible with dark energy decaying into dark matter, providing an alleviation to the coincidence problem.

Submitted by Gabriel Cozzella (cozzella@ift.unesp.br) on 2016-08-21T00:22:31Z No. of bitstreams: 1 MSc Dissertation.pdf: 773902 bytes, checksum: a2d2f3173a5f3ec0ab24f201d71929da (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-24T16:43:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cozzella_g_me_ift.pdf: 773902 bytes, checksum: a2d2f3173a5f3ec0ab24f201d71929da (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-24T16:43:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cozzella_g_me_ift.pdf: 773902 bytes, checksum: a2d2f3173a5f3ec0ab24f201d71929da (MD5) Previous issue date: 2016-07-26 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A teoria quântica de campos em espaços-tempos curvos é o arcabouço teórico mais sólido que temos para estudar a interação entre gravitação e mecânica quântica na ausência de uma teoria completa de gravitação quântica. Neste contexto, um problema que atraiu muita atenção dos físicos teóricos nas últimas décadas é o chamado “paradoxo da perda de informação em buracos negros”, onde a evolução de um estado quântico puro inicial para um estado quântico misto final caracterizaria uma violação das leis da mecânica quântica. Nesta dissertação nós argumentamos que a perda de informação em si não viola as leis da mecânica quântica e é consequência direta da teoria semi-clássica utilizada. Finalmente, argumentamos que a questão da recuperação da informação deve ser tratada utilizando-se uma teoria de gravitação quântica ainda desconhecida. / The quantum theory of fields in curved space-times is the most solid framework for studying the interplay between gravity and quantum mechanics in the absence of a complete theory of quantum gravity. In this scenario, one problem that has drawn much attention from the theoretical physics community in the last decades is the so-called “black hole information loss paradox”, where the evolution from an initial pure quantum state to a final mixed quantum state would constitute a violation of the laws of quantum mechanics. In this dissertation we argue that information loss does not violate quantum mechanics, being simply a consequence of the semi-classical framework adopted and that the question of information recovery needs to be addressed by a yet unknown theory of quantum gravity. / FAPESP: 2014/08684-9

Neste trabalho foi investigada a possibilidade de haver uma interação entre a energia e a matéria escuras. Adotamos um espaço-tempo de Friedmann-Robertson-Walker plano e dois modelos de energia escura interagente. No primeiro, o termo de interação, presente nas equações de conservação da energia e da matéria escuras, foi obtido a partir de argumentos fenomenológicos. No segundo, esse foi derivado de primeiros princípios. Ambos os modelos foram comparados com dados observacionais recentes e, em ambos os casos, obtivemos uma estimativa da constante de acoplamento diferente de zero com um desvio padrão de confiança. Além disso, em ambos os casos o sinal da constante de acoplamento é compatível com a energia escura se convertendo em matéria escura, fornecendo um alívio para o problema da coincidência. / In the present work the possibility of a dark energy interacting with dark matter has been investigated. We considered a flat Friedmann-Robertson-Walker space-time with two alternative interacting dark energy models. In the first, the interaction term, appearing in the energy conservation equations was introduced by purely phenomenological reasons. In the second, it has been obtained from a given Lagrangian density. In both cases we compared the results with recent observational data and obtained an estimate of the coupling constant, which is nonvanishing by one standard deviation. Moreover, in both cases the sign of the coupling constant is compatible with dark energy decaying into dark matter, providing an alleviation to the coincidence problem.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-10T12:24:26Z No. of bitstreams: 1 simplicianocastardellidosreis.pdf: 376769 bytes, checksum: 8142289023decc823720bd287ab4a490 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Corrigir no resumo as palavras: será vista e será considerada Depois serávista a ação efetiva induzida pela anomalia como consequência do traço do tensor-momento energia não ser nulo a nível quântico. Por fim, seráconsiderada a proposta da solução inomogênea do tipo Kasner e perspectivas futuras para essa solução on 2018-01-23T11:44:29Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-23T13:10:13Z No. of bitstreams: 1 simplicianocastardellidosreis.pdf: 376769 bytes, checksum: 8142289023decc823720bd287ab4a490 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T13:17:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 simplicianocastardellidosreis.pdf: 376769 bytes, checksum: 8142289023decc823720bd287ab4a490 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T13:17:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 simplicianocastardellidosreis.pdf: 376769 bytes, checksum: 8142289023decc823720bd287ab4a490 (MD5) Previous issue date: 2015-08-05 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação serão vistos elementos de teoria de gravitação modificada pelos efeitos quânticos e uma proposta de métrica inomogênea do tipo Kasner. Primeiramente, irá se abordar a teoria semiclássica, consistindo esta na quantização dos campos de matéria, deixando o campo gravitacional como um campo externo clássico. Depois será vista a ação efetiva induzida pela anomalia como consequência do traço do tensor-momento energia não ser nulo a nível quântico. Por fim, será considerada a proposta da solução inomogênea do tipo Kasner e perspectivas futuras para essa solução. / In this work will be seen gravitation theory elements modified by quantum effects and a pro-posal for inhomogeneous metric type Kasner. First, it will address the semiclassical theory, con-sisting in this quantization of matter fields, leaving the gravitational field as a classical external field. Then will be seen the effective action induced by anomaly as a result of energy-momentum tensor trace not be null in the quantum level. Finally, the proposal of the inhomogeneous solution of the Kasner type and future prospects for this solution will be considered

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-27T14:21:12Z No. of bitstreams: 1 baltazarjonasribeiromorais.pdf: 448066 bytes, checksum: 970abe2e7caa96e6fe2212d8828ade5e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:05:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 baltazarjonasribeiromorais.pdf: 448066 bytes, checksum: 970abe2e7caa96e6fe2212d8828ade5e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:05:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 baltazarjonasribeiromorais.pdf: 448066 bytes, checksum: 970abe2e7caa96e6fe2212d8828ade5e (MD5) Previous issue date: 2010-04-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na primeira parte deste trabalho, nós obtemos o potencial efetivo para um campo escalar no espaço-tempo curvo, usando dois tipos de regularização cut-off covariante. O primeiro deles é baseado na representação de momento local e coordenandas normais de Riemann, enquanto que o segundo é baseado na representação de tempo próprio de Fock-Scwinger-DeWitt. Nós mostramos, para o exemplo de um campo escalar com auto interação, que ambos os métodos produzem resultados iguais para as divergências. No entanto, o primeiro método fornece informações mais detalhadas com respeito à parte finita. Além disso, nós calculamos também a contribuição, a um loop, de um férmion massivo. Finalmente, discutimos as equações do grupo de renormalização, bem como sua aplicação para teorias de multi-massa. Na segunda parte deste trabalho, usamos a equação para o potencial efetivo previamente obtida e estudamos o tensor energia-momento renormalizado de vácuo. Embora este tensor tenha sido profundamente estudado pela comunidade científica por décadas, notava-se a presença de alguns aspectos duvidosos. Realizamos um estudo sobre a implementação do momento cut-off de maneira covariante. Uma parte qualitativamente nova é o cálculo do tensor energia-momento, no caso da quebra espontânea de simetria. Apesar da complexidade do assunto, mostramos que o resultado final satisfaz as leis de conservação e isso permite controlar bem o resultado final. / In the fist part of this work, we consider derivation of the effective potential for a scalar field in curved space-time within the physical regularization scheme, using two sorts of covariant cut-off regularizations. The first one is based on the local momentum representation and Riemann normal coordinates and the second is operatorial regularization, based on the Fock-Scwinger-DeWitt proper-time representation. We show, on the example of a self-interacting scalar field, that these two methods produce equal results for divergences, but the first one gives more detailed information about the finite part. Furthermore, we calculate the contribution from a massive fermion loop and discuss renormalization group equations and their interpretation for the multi-mass theories. In the second part of the work, we study the renormalized energy-momentum tensor of vacuum. This tensor has been deeply explored many years ago. The main result of these studies was that such a tensor should satisfy the conservation laws which reflects the covariance of the theory in the presence of loop corrections. In view of this general result we address two important questions, namely how to implement the momentum cut-off in a covariant way and whether this general result holds in the theory with Spontaneous Symmetry Breaking. In the last case some new interesting details arise and although the calculations are more involved we show that the final result satisfies the conservation laws.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-27T15:09:07Z No. of bitstreams: 1 brunogoncalves.pdf: 703613 bytes, checksum: d575219a1a60c3df43cb9c15e5bc8fd8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:05:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 brunogoncalves.pdf: 703613 bytes, checksum: d575219a1a60c3df43cb9c15e5bc8fd8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunogoncalves.pdf: 703613 bytes, checksum: d575219a1a60c3df43cb9c15e5bc8fd8 (MD5) Previous issue date: 2010-03-15 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A tese está composta de duas partes principais. Na primeira parte, o férmion de Dirac foi considerado interagindo com diferentes campos externos. Uma abordagem extremamente eficiente para se extrair informações físicas da Hamiltoniana, é fazer uma transformação Foldy-Wouthuysen nela. Além da transformação Foldy-Wouthuysen perturbativa, existe a versão exata, que não é baseada em séries de potências no parâmetro 1/m. Nesta tese foi desenvolvida uma maneira de se fazer a transformação Foldy-Wouthuysen exata com os campos de interesse. Foi tomado o campo espinorial de Dirac no fundo de ondas gravitacionais e um campo magnético constante. A Hamiltoniana transformada mostra que o efeito da onda gravitacional no campo espinorial e na correspondente partícula pode ser, em princípio, intensificado por um campo magnético suficientemente forte. Cálculos análogos foram realizados para a componente temporal do campo de torção gravitacional. Além disso, foi feita uma classificação geral dentre os possíveis termos que violam as simetrias CPT e Lorentz, selecionando aqueles que admitem esta transformação. Foi desenvolvida uma nova abordagem para estudar, qualitativamente, os casos para os quais a transformação exata não é permitida. Esta técnica foi chamada de transformação semi-exata. A vantagem desta técnica em relação à transformação padrão é de ser muito mais econômica na parte de cálculos. Como exemplo de aplicação foram considerados os casos de campo elétrico externo e a parte vetorial do campo de torção gravitacional. Na segunda parte da tese, foram calculadas as correções de um laço para o setor do fóton da eletrodinâmica quântica no fundo de um campo gravitacional. O cálculo foi realizado utilizando a técnica do "heat-kernel"de duas maneiras diferentes e uma nova ambiguidade nos resultados foi encontrada. Este resultado representa o primeiro exemplo conhecido da chamada anomalia multiplicativa. Realizando os cálculos para diferentes dimensões do espaço-tempo, encontramos uma explicação qualitativa desta anomalia. Além dos fatores de forma não-locais do campo eletromagnético, foi calculada a função beta de um laço física, que descreve a variação desta grandeza em relação à energia do processo e é válida para todas as escalas de energia. Usando esta função beta encontramos a forma mais completa do famoso teorema de Appelquist e Carazzone. / This thesis is composed by two main parts. On the first one, the Dirac fermion was considered interacting with different external fields. A very efficient approach to extract physical information from the Hamiltonian is to perform a Foldy-Wouthuysen transformation on it. There are, on the literature, two versions of this transformation. The standard and the exact ones. The main difference between them is that the last is not based on a power series low in the parameter l/m. On this thesis, we developed a method to perform the exact Foldy-Wouthuysen with the fields of interest. The Dirac field was described in a constant magnetic field plus gravitational wave background. The transformed Hamiltonian shows that the effect of the gravitational wave on the magnetic field could be, in principle, enforced by a sufficient strong magnetic field. Similar calculations was performed to the temporal component of the gravitational torsion field. Furthermore, it was done a general classification of the possible terms the violate the CPT and Lorentz symmetries, selecting those of them wich allow the exact transformation. A new approach to qualitatively study the cases for wich this kind of transformation is not allowed, was developed. This technique was called semi-exact transformation and has the advantage to the standard transformation of being much more economic in the calculations part. As examples of application it was considered the cases of external electric field and the vectorial component of the torsion gravitational field. On the second part of the thesis, it was calculated the one loop quantum corrections to the photon sector of the quantum electrodynamics in a gravitational background. The calculation was done using the "heat-kernel" technique in two different ways and an ambiguity on the results was found. This fact represents the first known example of the so called multiplicative anomaly. The calculations were performed to different space-time dimensions and a qualitative explanation of this anomaly was found. The non local formfactors to the electromagnetic field was obtained and also the one loop complete beta function, that describes the energy variation of it in relation to the energy of the process and it is valid to all energy scales. Using this beta function, the more complete form of the famous Appelquist e Carazzone theorem was obtained.

We study different aspects of perturbatively renormalized quantum gauge theories in the presence of non-trivial background Lorentzian metrics and background connections. First, we show that the proof of nilpotency of the renormalized interacting BRST charge can be reduced to the cohomological analysis of the classical BRST differential. This result guarantees the self-consistency of a class of local, renormalizable field theories with vanishing 'gauge anomaly'' at the quantum level, such as the pure Yang-Mills theory in four dimensions. Self-consistency here means that the algebra of gauge invariant observables can be constructed as the cohomology of this charge. Second, we give a proof of background independence of the Yang-Mills theory. We define background independent observables in a geometrical formulation as flat sections of a cohomology algebra bundle over the manifold of background configurations, with respect to a flat connection which implements background variations. We observe that background independence at the quantum level is potentially violated. We, however, show that the potential obstructions can be removed by a finite renormalization. Third, we construct the advanced/retarded Green's functions and Hadamard parametrices for linearized Yang-Mills and Einstein equations in general linear covariant gauges. They play an essential role in formulating gauge theories in curved spacetimes. Finally, we study a superconformal gauge theory in three dimensions (the ABJM theory) which is conformally coupled to a curved background. The superconformal symmetry of this theory is described by a conformal symmetry superalgebra on manifolds which admit twistor spinors. By analyzing the relevant cohomology class of an appropriate BV-BRST differential, we show that the full superalgebra is realized at the quantum level.

Po zhrnutí potrebných teoretických základov a predošlého výskumu v ob- lasti, prezentujeme semi-klasickú kvantovaciu schému pre uzavretú Nambuovu- Gotovu strunu. Týmto zovšeobecňujeme predošlú prácu, ktorá bola vykonaná pre otvorenú strunu a uzavretú strunu kruhového tvaru. Pomocou metód kvan- tovej teórie po©a v zakrivených priestoročasoch počítame strednú hodnotu vo©- ného Hamiltoniánu struny rotujúcej v dvoch na seba kolmých priestorových rovinách v priestoročase všeobecnej dimenzie. Táto hodnota je priamo úmerná kvantovej korekcii k celkovej energii struny, ktorá má formu tzv. Reggeovho interceptu. Výslednú hodnotu Reggeovho interceptu porovnávame s predošlým výskumom. Taktiež uvádzame porovnanie získaného spektra fyzikálnych stavov struny kvantovanej našou metódou so spektrom odvodeným pomocou kovariant- ného kvantovania. 1