O objetivo desse trabalho é estudar aplicações da correspondência AdS/CFT na descrição de plasmas fortemente acoplados similares ao plasma de quarks e glúons (PQG) produzido em colisões de íons pesados no RHIC e no LHC. O projeto está articulado em duas partes. Inicialmente estudamos como alguns observáveis, como a taxa de produção de fótons e diléptons, são afetados por anisotropias espaciais presentes no plasma. Isso é importante porque o PQG produzido em experimentos do mundo real tipicamente começa em configurações de alta anisotropia, que depois evoluem para configurações isotrópicas. Para modelar a anisotropia a acoplamento forte fizemos uso de uma solução de buraco negro de supergravidade do tipo IIB encontrada recentemente em arXiv:1105.3472/hep-th. Como segunda direção de pesquisa e novamente focando em aplicações da correspondência AdS/CFT na descrição do PQG, investigamos teorias de gravidade de Lovelock, que são generalizações naturais da teoria de relatividade geral de Einstein. Essas teorias contém termos com derivadas de ordem superior ao mesmo tempo que mantém equações do movimento de segunda ordem, e por isso constituem uma arena ideal para começar a entender como termos de derivada de ordem superior afetam vários observáveis físicos do plasma. / The aim of this work is to study applications of the AdS/CFT correspondence to strongly coupled plasmas similar to the quark-gluon plasma (QGP) produced in heavy ion collisions at RHIC and LHC. The project is articulated in two parts. Initially, we will study how some observables, such as photon and dilepton production rates, are affected by spatial anisotropies present in the plasma. This is important, since the QGP produced in real world experiments generically starts in highly anisotropic configurations, which later evolve towards isotropy. To model anisotropy at strong coupling we will make use of an anisotropic black hole solution of type IIB supergravity which has been recently obtained in arXiv:1105.3472/ hep-th. As a second direction of research and again focusing on applications of the AdS/CFT correspondence to the QGP, we will investigate Lovelock theories of gravity, which are natural generalizations of Einsteins general relativity. These theories contain higher derivative terms, while maintaining the equations of motion of second order, and constitute an ideal arena where to start understanding how higher derivative corrections affect various physical observables of the plasma.

A correspondência AdS/CFT é uma notável ferramenta no estudo de teorias de gauge fortemente acopladas que podem ser mapeadas em uma descrição gravitacional dual fracamente acoplada. A correspondência é melhor entendida no limite em que ambos $N$ e $\\lambda$, o rank do grupo de gauge e o acoplamento de \'t Hooft da teoria de gauge, respectivamente, são infinitos. Levar em consideração interações com termos de curvatura de ordem superior nos permite considerar correções de $\\lambda$ finito. Por exemplo, a primeira correção de acoplamento finito para supergravidade tipo IIB surge como um termo de curvatura com forma esquemática $\\alpha\'^3 R^4$. Neste trabalho investigamos correções de curvatura no contexto da gravidade de Lovelock, que é um cenário simples para investigar tais correções pois as suas equações de movimento ainda são de segunda ordem em derivadas. Esse cenário também é particularmente interessante do ponto de vista da correspondência AdS/CFT devido a sua grande classe de soluções de buracos negros assintoticamente AdS. Consideramos um sistema de gravidade AdS-axion-dilaton em cinco dimensões com um termo de Gauss-Bonnet e encontramos uma solução das equações de movimento, o que corresponde a uma black brane exibindo uma anisotropia espacial, onde a fonte da anisotropia é um campo escalar linear em uma das coordenadas espaciais. Estudamos suas propriedades termodinâmicas e realizamos a renormalização holográfica usando o método de Hamilton-Jacobi. Finalmente, usamos a solução obtida como dual gravitacional de um plasma anisotrópico fortemente acoplado com duas cargas centrais independentes, $a eq c$. Calculamos vários observáveis relevantes para o estudo do plasma, a saber, a viscosidade de cisalhamento sobre densidade de entropia, a força de arrasto, o parâmetro de jet quenching, o potencial entre um par quark-antiquark e a taxa de produção de fótons. / The AdS/CFT correspondence is a remarkable tool in the study of strongly coupled gauge theories which can be mapped to a dual, weakly coupled gravitational description. The correspondence is best understood in the limit in which both $N$ and $\\lambda$, the rank of the gauge group and the \'t Hooft coupling of the gauge theory, respectively, are infinite. Accounting for higher curvature interactions allows one to begin to consider finite $\\lambda$. For example, the leading finite coupling corrections to type IIB supergravity arise as stringy corrections with schematic form $\\alpha\'^3 R^4$. In this work we investigate higher curvature corrections in a simpler scenario, the Lovelock gravity. Lovelock gravity is a nice framework to investigate such corrections since its equations of motion are still second order in derivatives and is particularly interesting from the point of view of the AdS/CFT correspondence because a large class of asymptotically AdS black holes solutions are known. We consider five-dimensional AdS-axion-dilaton gravity with a Gauss-Bonnet term and find a solution of the equations of motion which corresponds to a black brane exhibiting a spatial anisotropy, with the source of the anisotropy being an axion field linear in one of the spatial coordinates. We study its thermodynamics and we carry out the holographic renormalization using the Hamilton-Jacobi approach. Finally, we use the solution as a gravity dual to a strongly coupled anisotropic plasma with two independent central charges, $a eq c$. We compute several observables relevant to the study of the plasma, namely, the shear viscosity over entropy density ratio, the drag force, the jet quenching parameter, the quarkonium potential and the thermal photon production.

Neste trabalho estudamos as teorias de gauge puras (sem campo de matéria) na rede em três dimensões. Em especial, estudamos a subclasse das teorias topológicas. A maneira como denimos e tratamos as teorias de gauge e diferente, mas equivalente, à forma usual apresentada em [2, 3]. Definimos estas teorias via o formalismo de Kuperberg, que é um formalismo puramente matemático de um invariante topológico de variedades tridimensionais. Este formalismo, embora bastante abstrato, pode ser adaptado para descrever as classes de modelos das teorias de gauge na rede, e traz várias vantagens, pois possibilita que tratemos de teorias topológicas e não topológicas, além da fácil identicação dos limites topológicos da função de partição. Estudamos também a classe das teorias chamadas quase topológicas, que podem ser pensadas como deformações de teorias topológicas. Em particular, consideramos teorias de gauge com grupo de gauge Z2, que é o grupo de gauge mais simples possível com dinâmica não trivial. Dentro das teorias de gauge, identicamos as classes de modelos que são quase topológicos, além de outras classes nas quais a função de partição pode ser trivialmente calculada. A função de partição foi calculada explicitamente no caso quase topológico em duas situações: sobre a esfera tridimensional S3 e sobre o toroS1x S1x S1x, que representa uma rede com condições periódicas de contorno. Dois modelos físicos de teorias de gauge, ainda com grupo de gauge Z2, foram estudados: o modelo com ação de Wilson SW = Pfaces [Tr(g) - 1] e o modelo com ação spin-gauge SSG = Pfaces Tr(g). No limite de baixa temperatura ambos os modelos mostram-se ser topológicos, enquanto que no limite de alta temperatura mostraram-se ser trivialmente calculáveis. / In this work we studied the class of models of pure lattice gauge theories (without matter elds) in three dimensions. Especially, we studied the subclass of topological theories. Lattice gauge theories were dened in an unusual way, unlike the description shown in [2, 3]. We dened lattice gauge theories via the Kuperberg\'s formalism [4], which is a mathematical model for a topological invariant of 3-manifolds. Such formalism, although completely abstract, can describe the class of models of lattice gauge theories because it can describe both topological and non topological theories, besides it provides an easy identication of the partition function topological limits. We also studied the class of theories called quasi topological, which can be thought as deformations of topological theories. As an example, we consider Z2 as gauge group, because it is the simplest group that does not imply trivial dynamics. Inside this class of models we identify the subclasses of quasi topological theories and also other classes in which the partition function can be trivially computed. The partition function was explicitly computed in two situations: on the 3-sphere S3 and on the 3-manifold S1 x S1 x S1 that represents periodic boundary conditions. Two physical models were studied: the model with Wilson\'s action SW(conf)1 and the model with spin-gauge action SSG(conf)2. In the low temperature limit both models shown to be topological and in the high temperature limit they could be trivially computed.

Dans ce travail de thèse, je présente la construction d’une nouvelle expérience pour la production de gaz ultra froids de dysprosium. En tirant parti de la structure électronique à couche incomplète de ces atomes, nous visons à la réalisation de champs de jauge synthétiques, qui pourront conduire à l’observation de nouvelles phases (topologiques) de la matière. Le couplage du spin atomique avec le champ lumineux, plus efficace que pour des atomes alcalins, permettra d’atteindre des régimes d’interactions fortes qui restent, jusqu’à présent, hors de portée expérimentale. J’adapte des protocoles existants pour la réalisation de champs de jauge dans le cas de Dysprosium, en tenant compte de son grand spin électronique (J = 8 dans l’état fondamental). En outre, le dysprosium a le plus grand moment magnétique parmi les éléments stables, et il est donc le meilleur candidat pour l’étude des gaz dipolaires. Je détaille le dispositif expérimental que nous avons construit et comment nous effectuons le piégeage et le refroidissement du dysprosium. Nous étudions en détail le comportement du piège magnéto-optique, qui est réalisé sur la transition d’intercombinaison ¹S₀ ↔ ³P₁. La raie étroite et le grand spin rendent l’opération du piège très complexe. Néanmoins, je montre que sa compréhension devient assez simple dans le régime où le nuage se polarise spontanément en conséquence de la combinaison des forces optiques et gravitationnelles. Enfin, je décris les dernières étapes du transport optique et de l’évaporation, ce qui conduira à la production d’un gaz dégénéré. / In this thesis I present the construction of a new experiment producing ultra cold gases of Dysprosium. Using the favourable electronic structure of open-shell lanthanide atoms, we aim at the realisation of laser-induced synthetic gauge fields, which could lead to the observation of novel (topological) phases of matter. The coupling of the atomic spin with the light field, improved with respect to alkali atoms, opens the possibility to explore strongly interacting regimes that were up to now out of experimental reach. I adapt existing protocols for the implementation of gauge fields to the case of Dysprosium, taking into account its large electronic spin (J = 8 in the ground state). Moreover, Dysprosium has the largest magnetic moment among the stable elements, and is the best candidate for the study of dipolar gases. I describe the experimental setup that we built and how we perform the trapping and cooling of Dysprosium. We study in detail the behaviour of the magneto-optical trap, which is performed on the ¹S₀ ↔ ³P₁ intercombination line. The narrow linewidth and the large spin make the trap operation quite challenging. Nevertheless, I show that its understanding becomes quite simple in the regime where the cloud spontaneously polarises due to the interplay of optical and gravitational forces. Finally, I describe the last steps of optical transport and evaporation, which will lead to the production of a degenerate gas.

Ordem topológica descreve fases da matéria que não são caracterizadas apenas pelo esquema de quebra de simetria de Landau. Em 2-dimensões ordem topológica é caracterizada, entre outras propriedades, pela existência de uma degenerescência do estado fundamental que é robusta sobre perturbações locais arbitrarias. Com o proposito de entender o que caracteriza e classifica ordem topológica 3-dimensional o presente trabalho apresenta um modelo quântico exatamente solúvel em 3-dimensões que generaliza os modelos em 2-dimensões baseados em teorias de gauge. No modelo proposto o grupo de gauge é substituído por um 2-grupo. A Hamiltonia, que é dada por uma soma de operadores locais, é livre de frustrações. Provamos que a degenerescência do estado fundamental nesse modelo é dado pelo invariante de Yetter da variedade 4-dimensional Sigma × S¹, onde Sigma é a variedade 3-dimensional onde o modelo está definido. / Topological order describes phases of matter that cannot be described only by the symmetry breaking theory of Landau. In 2-dimensions topological order is characterized, among other properties, by the presence of a ground state degeneracy that is robust to arbitrary local perturbations. With the purpose of understanding what characterizes and classify 3-dimensional topological order this works presents an exactly soluble quantum model in 3-dimensions that generalize 2-dimensional models constructed using gauge theories. In the model we propose the gauge group is replaced by a 2-group. The Hamiltonian, that is given by a sum of local commuting operators, is frustration free. We prove that the ground state degeneracy of this model is given by the Yetters invariant of the 4-dimensional manifold Sigma × S¹, where Sigma is the 3-dimensional manifold the model is defined.

Present and future demonstrator designs were used to demonstrate the quality assurance of welds. The NDT methods tested on prototype demonstrator parts are: visual inspection, radius gauges, throat size gauge, liquid-penetrant testing, magnetic particle testing and ultrasonics with pulse echo and phased array. The other methods like eddy current, time of flight diffraction, radiography, impression test, macro test and infrared thermographs are currently being analyzed along with their inspection costs.   The control plans for present and future designs with corresponding present and future NDT methods are suggested to minimize a shift in process. Magnetic particle testing revealed a lack of fusion and cracks for fillet welds, whereas ultrasonic pulse echo and phased array identified an internal lack of fusion, inner pores/slag inclusions on butt welds. Ultrasonic PAUT & TOFD could be used for accurate defect identification and thermography for online identification of lack of penetration, depth of penetration and weld parameters. / Weight reduction by improved weld quality (WIQ)

Les modèles SU(2)xSU(2)xU(1) représentent une étape intermédiaire motivée par l'unification des groupes de jauge du Modèle Standard (MS). Un groupe de jauge étendu, par rapport a celui du MS, implique l'existence de nouveaux bosons de jauge, neutres et charges. Ces bosons dénotés Z' et W' sont recherches activement au Large Hadron Collider (LHC). Sur la base d'une analyse globale récente des contraintes sur ces modèles, provenant des expériences a basse énergie et du LEP, nous effectuons une analyse numérique au Leading Order (LO) des différentes signatures au LHC. Nous montrons que les sections efficaces totales pour les leptons et les paires de quarks de troisième génération, expérimentalement facilement accessibles, fournissent individuellement qu'uneinformation partielles sur le modèle réalise dans la nature. En revanche, les corrélations de ces mêmes sections efficaces pourraient bien conduire a une identification unique. Par la suite, nous étudions la production électrofaible d'une paire de quarks top au Next-to-Leading Order dans les extensions du MS prédisant un boson Z' supplémentaire et en supposant des couplages génériqueset diagonaux dans la base des saveurs. Nous calculons les corrections virtuelles et réelles a l'ordre de O(alS*alW^2) et les implémentons dans le générateur d'événements Monte Carlo POWHEG BOX qui permet de réaliser de manière cohérente la fusion du calcul QCD NLO avec les parton showers. Nousconstatons que les corrections QCD NLO peuvent être très importantes, mais que les K-facteurs restent modestes dans la région de masse invariante centrée autour de la masse de la résonance. / General SU(2)x SU(2)x U(1) models represent a well-motivated intermediate step towards the unication of the Standard Model (SM) gauge groups. Extended gauge group sector, as compared to that of the SM, leads to additional neutral and charged gauge bosons. These so-called Z' and W' bosons are actively searched for at the Large Hadron Collider (LHC). Based on a recent global analysis of low-energy and LEP constraints of these models, we perform numerical scans of their various signals at the LHC at Leading Order accuracy. We show that total cross sections for lepton and third-generation quark pairs, while experimentally easily accessible, provide individually only partial information about the model realized in Nature. In contrast, correlations of these cross sections in the neutral and charged current channels may well lead to a unique identification. Subsequently we study the electroweak top-pair production at Next-to-leading Order (NLO) accuracy in the SM extensions with an additional Z' boson assuming general flavour-diagonal couplings. We calculate the virtual and real corrections at order O(alS*alW^2) and implement them in the POWHEG BOX framework which allows for consistent matching of NLO QCD calculations with parton showers. We find that the NLO corrections can be very important but the K-factors in the invariant mass region around the resonance mass are modest.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8387291 bytes, checksum: 02ffc69a044d7312934d6910183b8440 (MD5) Previous issue date: 2015-04-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we consider a minimal local abelian gauge group extension with charge B - 3Le anomaly-free. We add a right-handed singlet Majorana fermion plus a neutral and charged scalars, responsible for spontaneous symmetry breaking and a charged singlet scalar to provide a connection between the electron and the Majorana fermion. The aim of this model is provide a low energy theory to Dark matter as a Majorana fermion. There are several evidences of a new kind of a non-baryonic matter but its nature and properties are not well established. So, based in some experiments (in particular those that main focus is the direct detection), we are going to constraint some parameters of the model to test its feasibility in this context. We have used a computational program called micrOMEGAs (based on CalCHEP) to compute the abundance and scattering cross section between dark matter and nucleon and compare with the experimental constraints arising from Planck (abundance) and LUX (scattering cross section). We show that the results support the restrictions imposed by the observations providing future perspectives for this extension, like indirect detection of dark matter. / Nesta dissertação consideramos uma extensão abeliana mínima local, de carga B-3Le, livre de anomalias, onde foi introduzido um férmion de majorana de mão direita juntamente com um novo bóson escalar, responsável pela quebra espontânea da simetria local, e um escalar carregado conectando a família de léptons ao férmion de majorana. Este modelo tem por objetivo fornecer uma teoria de baixas energias para a matéria escura atribuída a um férmion de majorana. Logo, baseado em alguns experimentos (em particular aqueles cujo principal objetivo é a detecção direta de uma possível nova partícula atribuída à esta matéria), iremos vincular os parâmetros de nosso modelo a fim de verificar sua aplicabilidade neste senário. Com isto, utilizaremos o programa computacional micrOMEGAS (que utiliza o CalcHEP) a fim de calcular alguns observáveis do modelo, tais como a abundância e secção transversal de choque do espalhamento elástico entre a matéria escura e o nucleon e, em seguida, comparamos aos dados experimentais do Planck (abundância) e LUX (seção de choque). Resultados preliminares apontam para a validade do modelo diante das restrições impostas pelas observações, possibilitando a perspectiva de aplicação desta extensão em outros contextos, como os da detecção indireta da matéria escura.

Ordem topológica descreve fases da matéria que não são caracterizadas apenas pelo esquema de quebra de simetria de Landau. Em 2-dimensões ordem topológica é caracterizada, entre outras propriedades, pela existência de uma degenerescência do estado fundamental que é robusta sobre perturbações locais arbitrarias. Com o proposito de entender o que caracteriza e classifica ordem topológica 3-dimensional o presente trabalho apresenta um modelo quântico exatamente solúvel em 3-dimensões que generaliza os modelos em 2-dimensões baseados em teorias de gauge. No modelo proposto o grupo de gauge é substituído por um 2-grupo. A Hamiltonia, que é dada por uma soma de operadores locais, é livre de frustrações. Provamos que a degenerescência do estado fundamental nesse modelo é dado pelo invariante de Yetter da variedade 4-dimensional Sigma × S¹, onde Sigma é a variedade 3-dimensional onde o modelo está definido. / Topological order describes phases of matter that cannot be described only by the symmetry breaking theory of Landau. In 2-dimensions topological order is characterized, among other properties, by the presence of a ground state degeneracy that is robust to arbitrary local perturbations. With the purpose of understanding what characterizes and classify 3-dimensional topological order this works presents an exactly soluble quantum model in 3-dimensions that generalize 2-dimensional models constructed using gauge theories. In the model we propose the gauge group is replaced by a 2-group. The Hamiltonian, that is given by a sum of local commuting operators, is frustration free. We prove that the ground state degeneracy of this model is given by the Yetters invariant of the 4-dimensional manifold Sigma × S¹, where Sigma is the 3-dimensional manifold the model is defined.

Neste trabalho estudamos as teorias de gauge puras (sem campo de matéria) na rede em três dimensões. Em especial, estudamos a subclasse das teorias topológicas. A maneira como denimos e tratamos as teorias de gauge e diferente, mas equivalente, à forma usual apresentada em [2, 3]. Definimos estas teorias via o formalismo de Kuperberg, que é um formalismo puramente matemático de um invariante topológico de variedades tridimensionais. Este formalismo, embora bastante abstrato, pode ser adaptado para descrever as classes de modelos das teorias de gauge na rede, e traz várias vantagens, pois possibilita que tratemos de teorias topológicas e não topológicas, além da fácil identicação dos limites topológicos da função de partição. Estudamos também a classe das teorias chamadas quase topológicas, que podem ser pensadas como deformações de teorias topológicas. Em particular, consideramos teorias de gauge com grupo de gauge Z2, que é o grupo de gauge mais simples possível com dinâmica não trivial. Dentro das teorias de gauge, identicamos as classes de modelos que são quase topológicos, além de outras classes nas quais a função de partição pode ser trivialmente calculada. A função de partição foi calculada explicitamente no caso quase topológico em duas situações: sobre a esfera tridimensional S3 e sobre o toroS1x S1x S1x, que representa uma rede com condições periódicas de contorno. Dois modelos físicos de teorias de gauge, ainda com grupo de gauge Z2, foram estudados: o modelo com ação de Wilson SW = Pfaces [Tr(g) - 1] e o modelo com ação spin-gauge SSG = Pfaces Tr(g). No limite de baixa temperatura ambos os modelos mostram-se ser topológicos, enquanto que no limite de alta temperatura mostraram-se ser trivialmente calculáveis. / In this work we studied the class of models of pure lattice gauge theories (without matter elds) in three dimensions. Especially, we studied the subclass of topological theories. Lattice gauge theories were dened in an unusual way, unlike the description shown in [2, 3]. We dened lattice gauge theories via the Kuperberg\'s formalism [4], which is a mathematical model for a topological invariant of 3-manifolds. Such formalism, although completely abstract, can describe the class of models of lattice gauge theories because it can describe both topological and non topological theories, besides it provides an easy identication of the partition function topological limits. We also studied the class of theories called quasi topological, which can be thought as deformations of topological theories. As an example, we consider Z2 as gauge group, because it is the simplest group that does not imply trivial dynamics. Inside this class of models we identify the subclasses of quasi topological theories and also other classes in which the partition function can be trivially computed. The partition function was explicitly computed in two situations: on the 3-sphere S3 and on the 3-manifold S1 x S1 x S1 that represents periodic boundary conditions. Two physical models were studied: the model with Wilson\'s action SW(conf)1 and the model with spin-gauge action SSG(conf)2. In the low temperature limit both models shown to be topological and in the high temperature limit they could be trivially computed.