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Nesta tese, desenvolvemos um modelo efetivo para a matéria nuclear, com vistas à escrição de propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares, por meio de uma formulação lagrangeana que busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorarmos as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. Uma versão preliminar deste modelo efetivo, que contempla a presença, no setor bariônico, somente dos campos dos núcleons, é inicialmente apresentada, juntamente com a abordagem dos temas da naturalidade, da anomalia Nolen-Schiffer e da quebra de simetria de isospin na matéria nuclear. Ainda, com base na conservação de simetria quiral, apresentamos a predição da existência de um estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, estado este representado pelo campo ç. E então, baseados no conceito de naturalidade, desenvolvemos o modelo efetivo para a matéria nuclear supra mencionado. A versão do modelo efetivo inicialmente desenvolvido contempla acoplamentos entres os campos dos núcleons e dos mésons a, w,_,_e ç. Então apresentamos as predições do modelo para a anomalia Nolen-Schiffer e discutimos os resultados obtidos. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam expressivo aprimoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer quando comparados os correspondentes resultados do modelo MRWY desenvolvido recentemente por outros autores. Em primeiro lugar porque nossos resultados apresentam percentuais de melhoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer que variam entre 80% e 320%. Em segundo lugar porque o ordenamento dos resultados obtidos em nosso trabalho está em conformidade com o ordenamento dos dados experimentais, diferentemente dos resultados apresentados no trabalho supra mencionado. Em especial, nossas predições para o ordenamento dos dados experimentais da anomalia Nolen-Schiffer (_ANS) contemplam o conhecido crescimento anômalo, ou seja, que _ANS não cresce necessariamente com o número de massa, pois _ANS é menor para os núcleos 39Ca-39 K em comparação aos núcleos 17F-17 O. Introduzimos também uma versão estendida do modelo anteriormente apresentado em que consideramos acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons a, w,_,ç,_,a*, Ø. Denominamos esta formulação como modelo ZM modificado, adotando a sigla ZMM para caracterizá-lo. Utilizando procedimentos padrões da teoria quântica de campos, obtivemos então para o modelo ZMM a equação de estado para a matéria nuclear em equilíbrio ß e em equilíbrio ß generalizado. Os resultados obtidos indicam que a presença do méson_ implica na diminuição da assimetria de isospin no setor dos núcleons da estrela de nêutrons, ou seja, na diminuição da diferença do número de nêutrons e prótons do sistema. A inclusão do méson ç leva a uma diminuição da assimetria de isospin ainda maior, ou seja, sua presença é equivalente à uma amplificação da amplitude do méson_. Os resultados obtidos para o modelo ZMM indicam que a inclusão do méson_ e do estado ressonante ç no formalismo modifica os valores da massa máxima e do raio das estrelas de nêutrons. Finalmente derivamos uma formulação relativística para descrever o chamado processo Urca direto em matéria bariônica degenerada.Nossos resultados indicam que estrelas de nêutrons com massas superiores a MEN ~ 0,9M_, - que representa a massa estelar crítica, ou seja, a massa da estrela de nêutrons cuja densidade bariônica central atingiu a densidade crítica- , seriam resfriadas eficientemente e estariam fora da possibilidade de detecção por radiação térmica em poucos anos. / In this thesis we developed an effective model for nuclear matter, with a view to the description of the properties of neutron stars and pulsars, using a lagrangean formulation which exhausts the phase space of the meson fields through a treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. A preliminary version of this effective model, which includes the presence, in the baryon sector, only of the nucleon fields is initially presented and then we make a study on the themes of naturalness, Nolen-Schiffer anomaly and the broken symmetry of the nuclear isospin. Still, based on the conservation of chiral symmetry, we present the predictions for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ç. And then, based on the concept of naturalness, we developed the effective model for nuclear matter we mentioned above. The version of the effective model originally developed presents couplings between the fields of the nucleons and the a, w,_,_and ç meson fields. Then we present the predictions of the model for the Nolen-Schiffer anomaly and discuss the results. The results of this study show significant improvements in the description of the Nolen-Schiffer anomaly when compared to the corresponding results of the MRWY model developed recently by other authors. Firstly, because our results show a relevant improvement in the description of the Nolen-Schiffer anomaly that vary between 80 and 320 percent. Secondly, because the achievements of our work are in good accordance with experimental data, unlike the results presented in the work mentioned above. In particular, our predictions for the Nolen-Schiffer anomaly (_NSA) include the known anomalous growth, namely that _NSA does not necessarily grows with the nuclear mass, because _NSA is lower for the nuclei 39Ca-39K compared to the 17F-17 O nuclei. We have also introduced an extended version of the model previously presented involving the fundamental baryon octect and the a, w,_,ç,_,a*, Ø meson fields. We call this formulation as ZM modified model, adopting the acronym ZMM to characterize it. Using standard procedures of the quantum field theory, then we use the ZMM model to describe the equation of state for nuclear matter in ß and generalized ß equilibrium. The results of our approaches indicate that the presence of the_ meson increases the isospin asymmetry in the nucleon sector of the neutron star, this way reducing the difference in the number of neutrons and protons in the system. The inclusion of the resonant state ç leads to an increase of the asymmetry of isospin even greater, that is, their presence is equivalent to an amplification of the magnitude of _ meson. The results for the ZMM model indicate that the inclusion of the _ and ç meson states in the formalism modifies the values of the mass and radius of the neutron stars. Finally, we derive a relativistic formulation to describe the so called direct Urca process in barionic degenerated matter. Our results indicate that the neutron stars with mass greater than MNE~ 0.9M_, which represents the stellar critical mass (the mass of the neutron star whose baryon central density reached the critical density) would be cooled efficiently and be outside the possibility of detection by heat radiation in a few years.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciencias Fisicas e Matematicas / Made available in DSpace on 2012-10-17T02:26:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:31:48Z : No. of bitstreams: 1 148680.pdf: 2177079 bytes, checksum: 65e515fc51b977c47d9100490afb924b (MD5) / Neste trabalho, a equação de estado para a matéria de nêutrons é estudada no contexto da aproximação não perturbativa Expansão d, e comparada a aproximação Relativística de Hartree (RHA). Esta expansão é uma aproximação não perturbativa para modelos de teoria de campo, que combina técnicas de teoria de perturbação e cálculo variacional. Utilizando este método para o modelo de Walecka, encontramos um novo ponto de saturação para a matéria de nêutrons em uma densidade 30 vezes superior a usual , além do resultado conhecido de saturação em 1.42 fm-1. Do ponto de vista astrofísico analisamos a equação de estado para as duas soluções e integramos a equação de Oppenheimer-Volkoff-Tolman simulando uma estrela de nêutrons.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 243027.pdf: 380501 bytes, checksum: 9c262c52631e9c7983af0694bcea54d3 (MD5) / Neste trabalho investigamos possíveis variações no movimento e na constituição de estrelas de nêutrons: a inclusão da rotação em contraposição a estrelas estáticas e a inclusão de carga elétrica em contraposição a estrelas neutras. Os cálculos são feitos separadamente. Na primeira parte usamos o método proposto por Hartle e Thorne para calcular as propriedades de estrelas de nêutrons em rotação. Na segunda parte estudamos o efeito da carga elétrica nas estrelas de nêutrons assumindo que a distribuição de carga é proporcional a densidade de energia numa proposta ingênua. Em ambos os estudos torna-se necessário rever as equações de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, obtidos originalmente para descrever estrelas homogêneas e estáticas. Todos os cálculos foram efetuados a partir de equações de estado derivadas de modelos nucleares relativísticos para temperatura zero e também para entropias fixas.

O método LTSN tem sido utilizado na resolução de uma classe abrangente de problemas de transporte de partículas neutras que são reduzidos a um sistema linear algébrico depois da aplicação da transformada de Laplace. Na maioria dos casos estudados os autovalores associados são reais e simétricos. Para o problema de criticalidade os autovalores associados são reais ou imaginários puros e simétricos, e para o o problema de multigrupo podem aparecer autovalores complexos. O objetivo deste trabalho consiste na generalização da formulação LTSN para problemas de transporte com autovalores complexos. Por esse motivo é focada a solução de um problema radiativo de transporte com polarização em uma placa plana. A solução apresentada fundamenta-se na aplicação da transformada de Laplace ao conjunto de equações SN dos problemas resultantes da decomposição da equação de transferência radiativa com polarização em série de Fourier, seguindo o procedimento de Chandrasekhar. Esse procedimento gera 2L + 2 sistemas lineares de ordem 4N dependentes do parâmetro complexo "s". Aqui, L é o grau de anisotropia e N a ordem de quadratura. A solução desse sistema simbólico é obtida através da aplicação da transformada inversa de Laplace depois da inversão da matriz simbólica pelo método da diagonalização. Para a obtenção das constantes de integração é assumido que os componentes do vetor de Stokes são reais e as matrizes dos autovalores e autovetores são separadas em suas partes real e imaginária. A solução LTSN para autovalores complexos é validada através da comparação da solução para uma placa com espessura unitária, grau de anisotropia L = 13, albedo de espalhamento simples $ = 0:99, coe ciente de re exão de Lambert ¸0 = 0:1 e N = 150, segundo dados da literatura consultada.

O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de alguns avanços, teóricos e numéricos, no método LTSN visando implementar a primeira versão de um código computacional, para resolver a equação de transporte utilizando formulação LTSN na forma de multigrupos em geometria plana. Os avanços para o método LTSN estão fundamentados na solução iterativa para o sistema de equações que constituem as condições de contorno, um novo método para a busca do valor de keff baseado no método da bissecção. O desenvolvimento desta metodologia permitiu realizar o calculo muito rápido com altas ordens de quadratura e com esforço computacional muito reduzido. Juntos os avanços matemáticos e numéricos, implementados nesta primeira versão de um código fortran, tal como nos códigos já conhecidos permite solucionar a equação de transporte na forma de multigrupos, tanto para o cálculo direto como para o adjunto, com fontes arbitrárias. Este código utiliza de recursos computacionais da linguagem FORTRAN e as bibliotecas LAPACK, para a otimização de seus algoritmos, facilitando o desenvolvimento futuro. A validação deste trabalho foi feita utilizando dois problemas: um relativo ao fluxo angular e escalar, tanto para o fluxo direto como para o adjunto, cuja importância está relacionada com busca de convergência, relação de reciprocidade e comprovação da solução adjunta, e; um problema de criticalidade, para comprovar a eficácia do algoritmo de busca iterativa de keff e espessura crítica. Com este trabalho se abrem muitas possibilidades tanto teóricas como numéricas a investigar com o método LTSN.

O objetivo deste trabalho consiste em aplicar o método LTSn em cálculos de parâmetros críticos como Keff, espessura e concentração atômica e obtenção do fiuxo escalar, da potência específica e do enriquecimento do combustível em placa plana homogenea e heterogênea, considerando modelo multigrupo e em diversas ordens de quadraturas. O método LTSn consiste na aplicação da transformada de Laplace em um conjunto de equações~de ordenadas discretas gerado pela aproximação SN, resultando em um sistema de equações algébricas simbólicas dependentes do parâmetro complexo s e reconstrução dos fluxos angulares pela técnica de expansão de Heaviside. A aplicação do método LTSn reduz a soluçào de um problema de autovalor, a solução de uma equação transcedental, possibilitando a obtenção de parâmetros críticos. Simulações numéricas são apresentadas.

Neste trabalho é feito um estudo comparativo entre diferentes métodos de solução da equação do transporte de nêutrons aplicados ao problema de criticalidade da placa plana. São comparados os valores obtidos pelo método de Case e pelo método PN àqueles obtidos pelos recentemente desenvolvidos métodos LTPN e LTSN, cujo cálculo é feito pela primeira vez. / This work is a comparative study about different methods oi solution of the Neutron Transport Equation applied to the critical slab problem. Results obteined at the first time by the recently developed LTPN and LTSN Methods to the critical slab problem are compared to those obteined by Case's Method and PN Method.

O objetivo deste trabalho consiste na obtenção de uma solução analítica para a equação cinética de difusão de nêutrons unidimensional e em geometria cartesiana, para problemas monoenergéticos e com multigrupos de energia. Essas equações são do tipo stiff, devido as amplas diferenças nas ordens de grandeza das escalas de tempo dos fenômenos físicos envolvidos, fato que as torna de difícil solução. A ideia básica do método proposto consiste na aplicação da expansão espectral do fluxo escalar espacial e da concentração de precursores, aplicação de momentos e solução de problema matricial resultante pela técnica da transformada de Laplace. Tendo em vista que a equação para a concentração de precursores é uma equação diferencial linear de primeira ordem na variável temporal, para tornar possível a aplicação do método espectral, foi introduzido um termo de difusão fictícia multiplicado por um valor " pequeno e positivo. Por esse procedimento, foi possível encontrar uma solução analítica para o problema estudado. Foram realizadas simulações numéricas e análise dos resultados obtidos com a precisão controlada pela ordem de truncamento da série. / The objective of this work is to obtain an analytical solution of the neutron diffusion kinetic equation in one-dimensional cartesian geometry, to monoenergetic and multigroup problems. These equations are of the type stiff, due to large differences in the orders of magnitude of the time scales of the physical phenomena involved, which make them difficult to solve. The basic idea of the proposed method is applying the spectral expansion in the scalar flux and in the precursor concentration, taking moments and solving the resulting matrix problem by the Laplace transform technique. Bearing in mind that the equation for the precursor concentration is a first order linear differential equation in the time variable, to enable the application of the spectral method we introduce actitious difusion term multiplied by a positive value which tends to zero. This procedure opened the possibility to and an analytical solution to the problem studied. We report numerical simulations and analysis of the results obtained with the precision controlled by the truncation order of the series.

Nesta tese, desenvolvemos um modelo efetivo para a matéria nuclear, com vistas à escrição de propriedades de estrelas de nêutrons e pulsares, por meio de uma formulação lagrangeana que busca exaurir o espaço de fase dos campos mesônicos por meio de um tratamento perturbativo que apresente alto grau de consistência com o conceito de naturalidade, de modo a aprimorarmos as predições dos tratamentos teóricos mais convencionais. Uma versão preliminar deste modelo efetivo, que contempla a presença, no setor bariônico, somente dos campos dos núcleons, é inicialmente apresentada, juntamente com a abordagem dos temas da naturalidade, da anomalia Nolen-Schiffer e da quebra de simetria de isospin na matéria nuclear. Ainda, com base na conservação de simetria quiral, apresentamos a predição da existência de um estado ressonante mesônico no setor escalar-isovetorial leve, estado este representado pelo campo ç. E então, baseados no conceito de naturalidade, desenvolvemos o modelo efetivo para a matéria nuclear supra mencionado. A versão do modelo efetivo inicialmente desenvolvido contempla acoplamentos entres os campos dos núcleons e dos mésons a, w,_,_e ç. Então apresentamos as predições do modelo para a anomalia Nolen-Schiffer e discutimos os resultados obtidos. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam expressivo aprimoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer quando comparados os correspondentes resultados do modelo MRWY desenvolvido recentemente por outros autores. Em primeiro lugar porque nossos resultados apresentam percentuais de melhoramento na descrição da anomalia Nolen-Schiffer que variam entre 80% e 320%. Em segundo lugar porque o ordenamento dos resultados obtidos em nosso trabalho está em conformidade com o ordenamento dos dados experimentais, diferentemente dos resultados apresentados no trabalho supra mencionado. Em especial, nossas predições para o ordenamento dos dados experimentais da anomalia Nolen-Schiffer (_ANS) contemplam o conhecido crescimento anômalo, ou seja, que _ANS não cresce necessariamente com o número de massa, pois _ANS é menor para os núcleos 39Ca-39 K em comparação aos núcleos 17F-17 O. Introduzimos também uma versão estendida do modelo anteriormente apresentado em que consideramos acoplamentos de natureza não-linear envolvendo o octecto fundamental bariônico e os campos dos mésons a, w,_,ç,_,a*, Ø. Denominamos esta formulação como modelo ZM modificado, adotando a sigla ZMM para caracterizá-lo. Utilizando procedimentos padrões da teoria quântica de campos, obtivemos então para o modelo ZMM a equação de estado para a matéria nuclear em equilíbrio ß e em equilíbrio ß generalizado. Os resultados obtidos indicam que a presença do méson_ implica na diminuição da assimetria de isospin no setor dos núcleons da estrela de nêutrons, ou seja, na diminuição da diferença do número de nêutrons e prótons do sistema. A inclusão do méson ç leva a uma diminuição da assimetria de isospin ainda maior, ou seja, sua presença é equivalente à uma amplificação da amplitude do méson_. Os resultados obtidos para o modelo ZMM indicam que a inclusão do méson_ e do estado ressonante ç no formalismo modifica os valores da massa máxima e do raio das estrelas de nêutrons. Finalmente derivamos uma formulação relativística para descrever o chamado processo Urca direto em matéria bariônica degenerada.Nossos resultados indicam que estrelas de nêutrons com massas superiores a MEN ~ 0,9M_, - que representa a massa estelar crítica, ou seja, a massa da estrela de nêutrons cuja densidade bariônica central atingiu a densidade crítica- , seriam resfriadas eficientemente e estariam fora da possibilidade de detecção por radiação térmica em poucos anos. / In this thesis we developed an effective model for nuclear matter, with a view to the description of the properties of neutron stars and pulsars, using a lagrangean formulation which exhausts the phase space of the meson fields through a treatment that presents high level of consistency with the concept of naturalness, in order to improve the predictions of more conventional theoretical treatments. A preliminary version of this effective model, which includes the presence, in the baryon sector, only of the nucleon fields is initially presented and then we make a study on the themes of naturalness, Nolen-Schiffer anomaly and the broken symmetry of the nuclear isospin. Still, based on the conservation of chiral symmetry, we present the predictions for a new resonant meson state in the scalar-isovectorial sector, this state represented by the symbol ç. And then, based on the concept of naturalness, we developed the effective model for nuclear matter we mentioned above. The version of the effective model originally developed presents couplings between the fields of the nucleons and the a, w,_,_and ç meson fields. Then we present the predictions of the model for the Nolen-Schiffer anomaly and discuss the results. The results of this study show significant improvements in the description of the Nolen-Schiffer anomaly when compared to the corresponding results of the MRWY model developed recently by other authors. Firstly, because our results show a relevant improvement in the description of the Nolen-Schiffer anomaly that vary between 80 and 320 percent. Secondly, because the achievements of our work are in good accordance with experimental data, unlike the results presented in the work mentioned above. In particular, our predictions for the Nolen-Schiffer anomaly (_NSA) include the known anomalous growth, namely that _NSA does not necessarily grows with the nuclear mass, because _NSA is lower for the nuclei 39Ca-39K compared to the 17F-17 O nuclei. We have also introduced an extended version of the model previously presented involving the fundamental baryon octect and the a, w,_,ç,_,a*, Ø meson fields. We call this formulation as ZM modified model, adopting the acronym ZMM to characterize it. Using standard procedures of the quantum field theory, then we use the ZMM model to describe the equation of state for nuclear matter in ß and generalized ß equilibrium. The results of our approaches indicate that the presence of the_ meson increases the isospin asymmetry in the nucleon sector of the neutron star, this way reducing the difference in the number of neutrons and protons in the system. The inclusion of the resonant state ç leads to an increase of the asymmetry of isospin even greater, that is, their presence is equivalent to an amplification of the magnitude of _ meson. The results for the ZMM model indicate that the inclusion of the _ and ç meson states in the formalism modifies the values of the mass and radius of the neutron stars. Finally, we derive a relativistic formulation to describe the so called direct Urca process in barionic degenerated matter. Our results indicate that the neutron stars with mass greater than MNE~ 0.9M_, which represents the stellar critical mass (the mass of the neutron star whose baryon central density reached the critical density) would be cooled efficiently and be outside the possibility of detection by heat radiation in a few years.