The effective action of Euler Heisenberg describes the nonlinear dynamics of electromagnetic fields in vacuum. Such action takes into account the polarization in a vacuum for a bond, in addition to describing also the photon propagation through arbitrary electromagnetic fields that vary slowly. So, since its discovery, the effective action of Euler Heisenberg has been studied in various contexts, such as the scattering of light by light, pair production in a vacuum, Division of photons, birefringence in vacuum, effective action in gravity and string theory, among others. In this work we performed a study on the Lorentz transformations of observer and grains, showing that, in the presence of a field, the revolutions and changes of speed (boost) break the equivalence between these two transformations (Observer and particle). We studied also the violation of Lorentz invariance by consideration of some terms related to the extended standard model, with a focus on quantum electrodynamics extended. We carry out a Perturbative calculation in the cμν coefficient, a coefficient of this responsible for violation of Lorentz symmetry of particle, however impose rotational invariance. From the results of this calculation, we can retrieve the Perturbative result to the effect of the Division of photons in a vacuum, as well as the effective action of Euler Heisenberg with Lorentz violation, the linear coefficient c00. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A ação efetiva de Euler-Heisenberg descreve a dinâmica não linear de campos eletromagnéticos no vácuo. Tal ação leva em conta a polarização no vácuo para um laço, além de descrever também a propagação de fótons através de campos eletromagnéticos arbitrários que variam lentamente. Então, desde a sua descoberta, a ação efetiva de Euler-Heisenberg tem sido estudada em vários contextos, tais como o espalhamento da luz pela luz, produção de pares no vácuo, divisão de fótons, birrefringência no vácuo, ação efetiva em gravidade e teoria de cordas, dentre outros. Neste trabalho realizamos inicialmente um estudo sobre as transformações de Lorentz de observador e de partícula, mostrando que, na presença de um campo de fundo, as rotações e mudanças de velocidade (boost) quebram a equivalência entre essas duas transformações (observador e partícula). Estudamos também a violação da invariância de Lorentz através da consideração de alguns termos referentes ao modelo padrão estendido, com foco na eletrodinâmica quântica estendida. Efetuamos um cálculo não perturbativo no coeficiente cμν , coeficiente este responsável pela violação da simetria de Lorentz de partícula, no entanto impomos invariância rotacional. A partir dos resultados desse cálculo, conseguimos recuperar o resultado perturbativo para o efeito da divisão de fótons no vácuo, assim como a ação efetiva de Euler-Heisenberg com violação de Lorentz, linear no coeficiente c00.

Melanoma is a pigmented tumor that originates from the melanocytes; pigmented cells present throughout the body, including skin and iris. The cutaneous form is the most common type, and it represents about 5% of the skin tumors diagnosed in Brazil. Although it does not have a high incidence, it represents about 80% to 85% of all skin tumor deaths. The second most frequent type of melanoma is ocular. It represents 5% of all melanoma cases and is a potentially lethal disease, especially when it causes metastasis. The main therapeutic approach for melanomas, in general, is surgery, with resection of the cutaneous lesion or enucleation in the case of ocular melanoma. Other techniques such as adjuvant immunotherapy, palliative chemotherapy, and radiotherapy are also used. However, they have low efficacy and several side effects. Photodynamic therapy is a therapeutic modality based on the interaction of light at specific wavelength and photosensitizer, in the presence of molecular oxygen, leading the cell to death. As melanoma is a pigmented cancer, it usually does not respond well to photodynamic therapy due to the high absorption of light on the surface of the tumor, making volumetric eradication impossible. This project investigated optical strategies for the diagnosis and treatment of melanoma. For the diagnosis, it was evaluated the fluorescence lifetime technique to differentiate melanoma and normal skin. A sensitivity of 99.4%, specificity of 97.4% and accuracy of 98.4% were achieved using linear discrimination analysis. For the cutaneous melanoma treatment, PDT combined to optical clearing agents (OCAs) was investigated. Vascular and cell-target photosensitizers were evaluated combined or not to OCAs. OCA improved PDT response in all pigmented tumors treated, but the best results were achieved when a dual-photosensitizer treatment combined to OCA was performed. The treatment of conjunctival melanoma was conducted using 2-photon excitation photodynamic therapy. The advantage of this technique is the use of infrared light, in a wavelength that melanin has a low absorption, improving the light penetration into the tumor. The tumor histology shows that apoptosis was induced only at the treatment site, with no damage to the surrounding tissue. Additionally, a single TPE-PDT session could treat the entire tumor. / O melanoma é um tumor pigmentado que surge dos melanócitos, células pigmentadas presentes em todo o corpo, incluindo a pele e a íris. A forma cutânea é a mais comum e representa cerca de 5% dos tumores cutâneos diagnosticados no Brasil. Embora não tenha uma alta incidência, representa cerca de 80% a 85% de todas as mortes por tumor de pele. O segundo tipo de melanoma mais frequente é o ocular. Representa 5% de todos os casos de melanoma e é uma doença potencialmente letal, especialmente em casos de metástase. A principal abordagem terapêutica para melanomas, em geral, é a cirurgia, com ressecção da lesão cutânea ou enucleação no caso do melanoma ocular. Outras técnicas, como imunoterapia adjuvante, quimioterapia paliativa e radioterapia também são usadas, porém, apresentam baixa eficiência e muitos efeitos colaterais. A terapia fotodinâmica é uma modalidade terapêutica baseada na interação da luz em um comprimento de onda específico e um fotossensibilizador, na presença de oxigênio molecular, levando a célula à morte. Como o melanoma é um câncer pigmentado, geralmente não responde bem à terapia fotodinâmica devido à alta absorção de luz na superfície do tumor, impossibilitando a erradicação volumétrica. Este projeto investigou estratégias ópticas para o diagnóstico e tratamento do melanoma. Para o diagnóstico, foi avaliada a técnica de tempo de vida de fluorescência para distinguir melanoma de pele normal. Utilizando análise de discriminação linear, obteve-se uma sensibilidade de 99,4%, especificidade de 97,4% e precisão de 98,4%. Para o tratamento de melanoma cutâneo, a PDT combinada com clareadores ópticos (OCAs) foi investigada. Um fotossensibilizador que tem como alvo vaso sanguíneo e um fotossensibilizador de alvo celular foram avaliados combinados ou não com OCAs. OCAs são soluções hiperosmóticas que desidratam o tecido, diminuindo o espalhamento da luz e melhorando a penetração de luz em profundidade. OCA melhorou a resposta de PDT em todos os tumores melanóticos tratados, mas os melhores resultados foram obtidos quando a PDT foi realizada com a combinação dos fotossensibilizadores e clareador óptico em uma única sessão. O tratamento do melanoma conjuntival foi realizado utilizando a terapia fotodinâmica por excitação de 2 fótons (TPE-PDT). A vantagem desta técnica é o uso de luz na região do infravermelho, em um comprimento de onda que melanina tem baixa absorção, melhorando a penetração de luz no tumor. A histologia do tumor mostrou que a apoptose foi induzida apenas no local do tratamento, sem danos no tecido adjacente. Além disso, uma única sessão de TPE-PDT foi capaz de tratar todo o tumor.

A larga banda espectral, característica de pulsos ultracurtos de luz laser, tem possibilitado o controle coerente da interação da luz com a matéria através da manipulação das componentes espectrais da fase do pulso. Esta nova área de pesquisa tem sido responsável por avanços no entendimento e controle de fenômenos foto-induzidos, especialmente no que diz respeito a processos ópticos não lineares. Nesta tese de doutorado, estudamos o controle coerente da absorção de dois fótons (A2F) em compostos orgânicos usando pulsos de femtossegundos. O processo de A2F em derivados de perilenos foi investigado utilizando pulsos com chirp linear (máscara de fase quadrática), a partir do monitoramento da fluorescência excitada por dois fótons. A otimização da A2F desses compostos, através da formatação da fase do pulso via algorítmo genético, revelou que pulsos limitados por transformada de Fourier induzem maior A2F. Cálculos de Química Quântica, empregando o formalismo da teoria do funcional densidade, foram utilizados para caracterizar a estrutura eletrônica e determinar as transições permitidas por dois fótons nos derivados de perilenos, fundamentando nossos resultados experimentais. Além disso, estudamos também o controle coerente da A2F de compostos orgânicos aplicando uma máscara de fase senoidal ao pulso. Neste caso, demonstramos que a eficiência do controle depende da posição relativa entre o comprimento de onda central do pulso e da banda de A2F do material. Finalmente, o controle coerente da A2F foi investigado com o uso de uma máscara de fase do tipo degrau. Nossos resultados evidenciam a importância da relação entre a banda espectral do pulso e a largura de linha da A2F do material para atingir o controle da A2F. Em conclusão, os resultados obtidos neste trabalho ajudam a esclarecer aspectos do controle coerente, obtido com pulsos ultracurtos formatados, em sistemas moleculares. / The broad spectral band of ultrashort laser pulses has been used to coherently control the lightmatter interaction, by acting on the spectral phase of pulses using the so called pulse shaping methods. This new research area has been held responsible for advances in the understanding and controlling of photo-induced phenomena, especially in nonlinear optics. In this work, we studied the coherent control of two-photon absorption (2PA) processes in organic compounds, employing femtosecond pulses. We investigated the 2PA of perylene derivatives using chirped pulses (quadratic phase mask), by monitoring the two-photon excited fluorescence. Optimization of 2PA in perylene derivatives was achieved by shaping the pulse using a genetic algorithm, which revealed that Fourier transform limited pulses lead to higher 2PA. Quantum chemical calculations, using Density Functional Theory, were carried out to characterize the electronic structure and determine the allowed two-photon transitions of perylene derivatives, backing up our experimental results. Furthermore, we also studied the coherent control of 2PA in organic molecules applying a cosine-like phase mask. In such case, we demonstrated that the control efficiency depends on the detuning between the pulse central wavelength and materials 2PA band. Finally, coherent control of 2PA was explored using a step-like phase mask. Our results indicate that, in this situation, control of 2PA is only attained if a specific ratio between the pulse bandwidth and the 2PA transition bandwidth is used. In conclusion, the results obtained in this work help the understanding of coherent control in molecular systems.

No presente trabalho produzimos microestruturas, através da técnica de fotopolimerização via absorção de dois fótons, dopadas com nanofios de ZnO, um material que vem sendo amplamente explorado devido as suas interessantes propriedades ópticas e elétricas. Para a fabricação das microestruturas, utilizamos um oscilador laser de Ti:safira que produz pulsos de aproximadamente 100 fs em 800 nm. A intensidade dos pulsos de femtossegundos é alta o suficiente para induzir a absorção¬ de dois fótons em torno do volume focal, localizando a polimerização a esta região. Portanto, através da varredura do feixe na resina polimérica fabrica-se a estrutura desejada. Neste trabalho, desenvolvemos uma metodologia para introduzir nanofios de ZnO às microestruturas fabricadas, a partir da mistura do pó de nanofios de ZnO à resina acrílica. A resina utilizada é uma combinação de duas resinas, o etoxilated(6)trimethylolpropane triacrylate (SR-499) e tris(2-hydroxy ethyl)isocyanurate triacrylate (SR-368). Como fotoiniciador utilizamos o Lucirin TPO-L (2,4,6-trimetilbenzoiletoxifenil phosphine oxide). As microestruturas produzidas foram caracterizadas pelas técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva, difração de Raios X e espectroscopia de espalhamento micro-Raman. Através destas técnicas, foi possível observar a presença dos nanofios nas microestruturas, bem como caracterizar suas propriedades morfológicas que se mostram adequadas para o desenvolvimento de microdispositivos. Observamos também a emissão de fluorescência das microestruturas excitadas por um e dois fótons. Sendo assim, a metodologia de fabricação descrita aqui pode ser usada como mais uma opção na concepção de novos dispositivos tecnológicos. / In this study we fabricated microstructures, using the two-photon polymerization technique, containing ZnO nanowires, a material that has been widely exploited due to their interesting optical and electrical properties. For the microstructures fabrication, we used Ti:Sapphire laser oscillator operating at 800 nm with 100 fs pulses. The intensity of the fs-pulses is high enough to induce two-photon absorption, confining the excitation and thus the polymerization to the focal volume. By scanning the beam across the resin the desired microstructure is fabricated. In this work, we developed a method to introduce ZnO nanowires in the fabricated microstructure by mixing the ZnO nanowires powder to the acrylic resin. The used resin is a combination of two compounds, etoxilated(6)trimethylolpropane triacrylate (SR-499) and tris(2-hydroxy ethyl)isocyanurate triacrylate (SR-368). As a photoinitiator we have used Lucirin TPO-L (2,4,6-trimetilbenzoiletoxifenil phosphine oxide).The produced samples were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction spectroscopy and micro-Raman scattering. From these techniques it was possible to observe the presence of nanowires in the microstructures, as well as to characterize the morphological properties, which has been shown to be interesting for developing microdevices. We have also observed fluorescent emission of the microstructures excites by one and two-photons absorption. Therefore, the methodology described here can be used as an alternative in the design of new optical devices.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-03-02T19:08:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese José Ferraz.pdf: 2743054 bytes, checksum: 9154337dac4a587934aab71697b77a90 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-02T19:08:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese José Ferraz.pdf: 2743054 bytes, checksum: 9154337dac4a587934aab71697b77a90 (MD5) Previous issue date: 2008-05-29 / CNPQ / Neste trabalho, utilizamos as técnicas de controle temporal coerente e de manipulação da fase óptica do campo óptico para investigar e controlar os diferentes caminhos quânticos induzidos em transições de dipolo elétrico envolvendo a absorção de dois fótons no átomo de rubídio. As transições foram excitadas por pares de pulsos de separação temporal variável e analisamos a resposta do meio atômico em função dessa separação. Três situações experimentais são analisadas envolvendo transições com diferentes características. No primeiro experimento, utilizamos luz incoerente de um laser de corante com duração temporal de nanosegundos, mas com tempo de coerência de picosegundos, para excitar a transição de dois fótons, envolvendo níveis altamente excitados, níveis de Rydberg. A resposta do sistema é analisada através de um processo de mistura de quatro ondas, resolvida no tempo, e a seleção dos diferentes caminhos quânticos envolvidos no processo é feita a partir do controle da polarização dos campos do laser incidente. Interferências na freqüência central do laser, interferências "ópticas", e no dobro dessa freqüência, interferências quânticas, são observadas. Nos outros dois estudos, a transição de dois fótons é excitada por pulsos com duração temporal da ordemde 100 fentosegundos. No primeiro caso, investigamos uma transição de dois fótons pura, entre os níveis 5S e 7S do rubídio, onde uma fase externa, dependente da freqüência, é adicionada em um dos pulsos, enquanto o outro tem seu atraso temporal controlado. A fluorescência detectada é uma medida direta da população do estado excitado. Novamente, um sinal interferométrico é observado, cujo controle coerente é efetuado por uma combinação da fase externa e do atraso temporal. O último experimento envolve uma transição seqüencial, cuja ressonância de um fóton leva a efeitos de propagação observados no sinal de interesse. Outro aspecto importante é que a taxa de repetição do laser era maior que as taxas de relaxação dos níveis envolvidos, de forma que efeitos de acumulação na população e na coerência também estão presentes. A resposta do sistema é analisada através do processo de mistura paramétrica de quatro ondas, resolvido no tempo. O sinal interferométrico, com controle de polarização e da freqüência de detecção, permite uma demonstração clara da origem quântica nas interferências "ópticas". / In this work, we use the techniques of temporal coherent control and phase manipulation of the optical field to investigate and control different quantum pathways in the two-photon absorption in rubidium atoms. Three experimental situations are studied involving transitions with different characteristics. In all of them, the medium response is analyzed as a function of the temporal delay between the pulse pairs responsible for the two-photon transition. In the first experiment, we use incoherent light from a dye laser with pulse duration in the nanosecond scale, but with coherence time in the picosecond scale, to excite the two-photon transition, which involves highly excited levels, Rydberg states. The system response is analyzed through a time-resolved four-wave mixing process, and the quantum pathway selection is realized by polarization control of the incident laser fileds. Interferences in the central laser frequency - "optical" interferences - and at twice this frequency - quantum interferences - are observed. In the subsequent two studies, the two-photon transition is excited with 100 fs pulses. In the first case, we investigate a pure two-photon transition, the 5S - 7S rubidium transition, where an external frequency depedent phase is added in one pulse, while the temporal delay of a second pulse is controlled. We observe an interferometric signal, in which coherent control is achieved with external phase and temporal delay combination. The last experiment involves a sequential transition, which has a one-photon resonance that leads to propagation effects observed in the signal. The laser repetition rate is greater than the atomic system relaxation rates, leading to accumulation effects in the population and coherence, which leads to important effects. A time-resolved parametric four-wave mixing is used to investigate the system response. The interferometric signal, with polarization and detection frequency control, allows us to clearly demonstrate the quantum origin of the "optical" interferences.

Orientador: Carlos Lenz Cesar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:12:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelegati_VitorBianchin_M.pdf: 3778666 bytes, checksum: d19d947cc4b4206345d5c2da244362d6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Biologia celular é um novo mundo promissor com enorme impacto social, econômico e na saúde. Organismos vivos são capazes de, produzir a própria energia a partir da luz do sol, se reproduzir, de se auto-reparar, sinalizar e navegar por sinais bioquímicos, biomecânicos, luminosos, térmicos, e outros, e produzir materiais à temperatura ambiente. As possibilidades abertas por essa área incluem, desde bactérias e protozoários usados para destruir células de câncer, regeneração de órgãos inteiros, produção de etanol a partir de algas, e outros. Entretanto, para o entendimento da biologia em seu nível mais profundo, ferramentas de observação não destrutivas fazem-se necessária para seguir os processos celulares durante seu tempo de vida. A óptica tem a única onda não destrutiva capaz de fornecer informações em tempo real com suficiente resolução espacial de eventos acontecendo internamente à célula. Ademais, porque feixes de luz não colidem, a óptica permite a integração de diferentes técnicas capazes de reunir informações simultâneas de processos celulares. Óptica não linear é especialmente adequada para tal, pois não requer marcação ou processamentos especiais de amostras que poderiam destruir, ou modificar, os processos celulares. Além disso, técnicas elásticas, como a geração de segundo e terceiro harmônicos não liberam energia no material que é, portanto, preservado após a observação. O objetivo dessa tese é desenvolver uma plataforma multimodal para observação de processos biológicos pelo uso de microscopias de fluorescência excitada por absorção de dois fótons, geração de segundo harmônico e geração de terceiro harmônico no mesmo instrumento. Nosso grupo foi pioneiro em demonstrar a aquisição de imagens de geração de segundo harmônico no Brasil e, essa tese é a primeira a realizar a aquisição de imagens por geração de terceiro harmônico. Estas três técnicas juntas fornecem informações complementares a respeito da organização de células e tecidos. Enquanto a fluorescência pode ser específica para algumas proteínas alvo, o segundo harmônico pode observar a rede de colágeno da matriz extra celular e, o terceiro harmônico pode observar os núcleos e gotículas de lipídios internas às células. Esta tese descreve o sistema experimental para realizar essas aquisições multimodais de imagens, a física por trás dos sinais não lineares, importantes para entender seu significado biológico, e mostra aplicações das técnicas para diferentes amostras biológicas e inorgânicas / Abstract: Cell biology is promising a brave new world with enormous social economic and health impacts. Living organisms are capable of producing their own energy from sun light, reproduce, self-repair, signalize and travel in response to biochemical, biomechanical, light and thermal signals among others, and to produce materials at room temperature. The possibilities opened by this area range from bacteria and protozoa used to destroy cancer cells, whole organs regeneration, ethanol produced from algae, and others. However, to actually understand biology at its deepest level no destructive observation tools are necessary to follow cell processes during their time course. Optics is about the only wave capable to provide non destructive real time information with enough spatial resolution of the events happening inside the cells. Moreover, because light beams do not collide, optics allows the integration of different techniques capable to gather simultaneous information during a cell process. Non linear optics is specially suited for that in the sense that it does not require staining or special sample processing that would destroy, or change, the process. Besides, elastic techniques such as second and third harmonic generation do not release energy at the material which is therefore preserved after the observation. The objective of this thesis is to develop a multimodality platform for biology process observation by using Two Photon Excited Fluorescence, Second Harmonic Generation and Third Harmonic Generation Microscopy with the same instrument. Our group was the first one to demonstrate the acquisition of Second Harmonic Generation images in Brazil and this thesis is the first one to perform the acquisition of third harmonic generation images. These three techniques together provide complementary information respect to cell and tissue organization. While fluorescence can be specific target to some proteins, second harmonic can observe the collagen network of extra cellular matrix and the third harmonic can observe the nucleus and lipid droplets inside the cells. This thesis describe the experimental setup to perform these multimodal image acquisition, the physics behind the non linear signals, important to understand their biological mean, and shows applications of these techniques for different biological and inorganic samples / Mestrado / Física / Mestre em Física

Betalaínas são alcalóides coloridos e com alta capacidade antioxidante que são encontrados em plantas e fungos. A biossíntese destes produtos naturais baseia-se na conversão enzimática da L-tirosina em ácido betalâmico e na condensação aldimínica deste com aminoácidos. A semissíntese de betalaínas naturais para aprofundar o estudo desta classe de pigmentos estimulou o desenvolvimento de betalaínas artificiais, incluindo derivados funcionais. Uma betalaína cumarínica foi criada para ser usada como sonda fluorescente para marcação de Plasmodium falciparum em glóbulos vermelhos. Esta Tese de Doutorado apresenta a semissíntese e estudo de três betalaínas cumarínicas (cBeets) e uma carboestiril-betalaína (csBeet). Procurou-se estabelecer relações entre as estruturas destes compostos e suas propriedades físico-químicas e fotofísicas como ponto de partida no desenvolvimento de uma nova classe de betalaínas funcionais. São apresentados dados sobre a lipofilicidade, estabilidade frente à hidrólise, potencial redox, absorção de um e dois fótons e fluorescência. Interações intermoleculares destes compostos foram investigadas por medidas de fluorescência em misturas binárias de solventes polares, albumina sérica bovina e micelas reversas de AOT em heptano/água. / Instituto de Química, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2017. Betalains are colorful alkaloids with high antioxidant capacity that are found in plants and fungi. The biosynthesis of these natural products is based on the enzymatic conversion of L-tyrosine into betalamic acid and aldimine condensation thereof with amino acids. The semisynthesis of natural betalains improved the knowledge on this class of pigments and stimulated the development of artificial betalains, including functional derivatives. A coumarinic betalain was created to be used as a fluorescent label for Plasmodium falciparum on red blood cells. This Doctoral Thesis presents the semisynthesis and study of three coumarin betalains (cBeets) and one carbostyril betalain (csBeet). It was sought to establish relationships between the structures of these compounds and their physical-chemical and photophysical properties as a starting point in the development of a new class of functional betalains. Data on lipophilicity, hydrolysis stability, redox potential, one- and two-photon absorption and fluorescence are presented. Intermolecular interactions of these compounds were investigated by fluorescence measurements in binary polar solvent mixtures, bovine serum albumin and AOT reverse micelles in heptane/water.

No presente trabalho é explorada a performance do FoCal, um calorímetro eletromagnético frontal, com alta resolução espacial, proposto como um upgrade para o experimento ALICE, no LHC. O principal objetivo deste detector é fazer a medida de fótons diretos na região de pseudo-rapidez 2.5 < < 4.5. Essa região frontal é dominada por fótons provenientes do decaimento de hadrons, principalmente do píon neutro , e portanto uma eficiente medida de fótons diretos está diretamente associada à eficiência em se identificar fótons provenientes do decaimento do píon neutro. Para distinguir fótons diretos de fótons de decaimento do píon neutro, são explorados três diferentes métodos de análise, a saber, massa invariante, análise da forma do chuveiro e isolamento, sendo cada um deles adequado a uma diferente faixa de energia do píon neutro. O método da massa invariante permitiu identificar fótons de píon neutro com uma eficiência de 95% num ambiente de partículas únicas, para píon neutro com energia entre 0 e 300 GeV. Num ambiente pp, esse método mostra uma eficiência de 85%. A análise da forma do chuveiro foi capaz de identificar, com um dado corte no parâmetro de forma Width1, fótons diretos com uma eficiência acima de 90% e de rejeitar fótons de píon neutro com uma eficiência que varia de 65% a 95%, no intervalo de energia de 300 GeV a 500 GeV, num ambiente de partículas únicas. Essas eficiências podem ser melhoradas se for aplicado um corte dependente da energia e a rejeição de píon neutro pode também ser melhorada se os eventos mais assimétricos puderem ser melhor reconstruídos pelo detector no futuro. No método de isolamento, aplicado ao ambiente pp e PbPb, é explorado o melhor valor de raio de isolamento Riso a ser usado em cada ambiente. Por este método podem ser atingidas altas eficiências em detectar fótons diretos, mas o método se mostra limitado pelo grande fundo de fótons de decaimento, e a pureza dos cortes testados não atinge valores maiores que cerca de 10%. E mostrado que o uso de um trigger em 40 GeV pode melhorar a pureza dos cortes de 0.01 % para cerca de 10%. Foi feita a otimização de alguns parâmetros de análise, permitindo melhor desempenho desses métodos de análise explorados / In the present work is explored the performance of the FoCal, a forward electromagnetic calorimeter, with high granularity, proposed as an upgrade for the ALICE experiment, in LHC. The main goal of the detector is to be able to identify direct photons in the pseudo-rapidity region 2.5 < < 4.5. This forward region is dominated by decay photons, mainly photons from neutron pion decay, so an efficient mesurement of direct photons is directly associated to the efficiency in identify photons from neutron pion decay. To separate direct photons from neutron piondecay photons, it is explored three different analysis methods, the invariant mass, shower shape and isolation, each one useful in a different energy range of the neutron pion. The invariant mass method allowed to identify photons from neutron pion with an efficiency around 95% in a single particle environment, for neutron pion with energy between 0 and 300 GeV. In a pp environment, this method showed an efficiency of 85%. The shower shape method was able to identify, by a given cut in the shower shape parameter Width1, direct photons with an efficiency of 90% and to reject 65% to 95% of the photons from neutron pion in the energy range of 300 GeV to 500 GeV, in a single particle environment. This efficiencies can be improved if there is aplied a cut that depends on the energy and the neutron pion rejectioncan also be improved if the more assimetric decays can be better reconstructed by the detector in the future. The isolation method is aplied to a pp and PbPb environments, and it is explored the best value of isolation radius Riso to be used in each environment. By this method, it can be reached high efficiencies in detecting direct photons, but the method is limited by the high background of decay photons, and the purity of the cuts is not better than about 10%. It is showed that a trigger in 40 GeV can improve the purity from 0.01% to about 10%. It was made an optimization of some of the used analysis parameters, leading to an improvement of the explored analysis methods.

In the atomic, molecular, optical physics field, processes involving two photons are very well understood and used in applications ranging from spectroscopy to laser cooling technics. In this thesis is presented the study and experimental realization of two two-photon processes. Using sodium atoms trapped in a magnetic optical trap we could demonstrate two-photon cooperative absorption, and that the creation of a molecular bound state using only light fields, or photonic bound state, is possible. Two-photon cooperative absorption, very common in solid-state physics, is a process where a pair of atoms initially in the ground state is excited to the double excited state, via absorption of two photons with frequecy that is not ressonant with any excited state. Its experimental realization with cold atoms may open new and exciting possibilities to better understand nonlinear effects, and it is a new way to create correlated atoms and photons in cold atomic physics. This absorption was observed by ionization of the pair after the excitation. A simple model that considers only dipole-dipole interactions between the atoms allows us to understand the basic features observed in the experimental data. A photonic bound state uses two photons to create the two basic features of a molecular bound state: a repulsive part and an attractive part. A blue photon, blue detuned from the atomic transition, connects the ground state of the pair to the repulsive part of the first excited molecular state 1, and a red photon, red detuned from the atomic transition, connects the connects the ground state of the pair to the attractive part of the first excited molecular state. In the dressed state picture, when the light fields are strong, this three-states-two-photon system creates adiabatic bound potentials that are strongly dependent of the photon properties. Using a theoretical model we could study how this bound energies changes when we change the photon properties, and the experimental data shows that this photos are indeed dressing the potentials with a efficiency that would enable the creation of photonic molecules. / No campo da física atômica, molecular e ótica processos envolvendo dois fótons são bem compreendidos e usados em diversas aplicações. Nesta tese apresentamos o estudo e a realização experimental de dois processos de dois-fótons. Usando átomos de sódio aprisionados em uma armadilha magneto ótica, demonstramos a absorção cooperativa de dois fótons e que a criação de um estado ligado molecular usando somente campos de luz, ou estado ligado fotônico, é possível. Absorção cooperativa de dois fótons, um processo bem comum em física de estado sólido, acontece quando um par de átomos inicialmente no estado fundamental é excitado para o estado duplamente excitado, via absorção de dois fótons de frequência não ressonante com a dos estados excitado. A realização experimental deste processo em um sistema de átomos frios pode abrir novas, e excitantes possibilidades para entender melhor processos não lineares, e é um novo método de criar átomos e fótons correlacionados. Essa absorção foi observada através da ionização do par depois da absorção, e um modelo simples que considera somente interação dipolo-dipolo entre os dois átomos nós ajuda entender as características básicas dos dados obtidos. Um estado ligado fotônico usa dois fótons para criar as duas características básicas dos estados ligados moleculares: a parte repulsiva e a parte atrativa. Um fóton azul, deslocado para o azul da transição atômica, conecta o estado fundamental do par a parte repulsiva do primeiro estado excitado molecular 1, e um fóton vermelho, deslocado para o vermelho da transição atômica, conecta o estado fundamental a parte atrativa do deslocado para o azul da transição atômica. No contexto de estados vestidos, quando os campos de luz são intensos, esse sistema de três estados e dois fótons cria potenciais ligantes adiabáticos que são fortemente dependentes das propriedades desses fótons. Usando um modelo teórico para esses potenciais pudemos estudar como é essa dependência, com as características do fótons, e os dados experimentais mostram que esses fótons estão de fato vestindo os estados com uma eficiência que viabiliza a criação de moléculas fotônicas.

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