Made available in DSpace on 2018-08-01T22:29:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6053_.pdf: 2338134 bytes, checksum: 3865cb38ddd19ce1a9b9c575ee26ce30 (MD5) Previous issue date: 2012-04-10 / A radiação cósmica de fundo é o sinal mais antigo que detectamos hoje no universo, e consiste em uma radiação eletromagnética com intensidade máxima na faixa do microondas, com temperatura de 2; 725K, e que remonta de um período em que os primeiros átomos de hidrogênio puderam se formar em um universo denso e quente. Juntamente com as medidas do afastamento das galáxias e da abundância dos elementos leves, a radiação cósmica de fundo e as informações obtidas a partir dela, formam os pilares da cosmologia moderna, corroborando o modelo do Big Bang. Nesse trabalho fazemos uma revisão sobre as anisotropias em temperatura e polarização da radiação cósmica de fundo, com ênfase nos parâmetros cosmológicos associados a esses fenômenos, obtemos o espectro de potência angular associado a temperatura dessa radiação de maneira detalhada, e procuramos construir as idéias de maneira gradativa, com o objetivo de tornar esse trabalho tão acessível quanto possível para aqueles que fazem uma primeira leitura do assunto.

Orientador: Helio Vasconcelos Fagundes / Banca: German Gomero Ferrer / Banca: Armando Bernui Leo / Resumo: As flutuações da temperatura na Radiação Cósmica de Fundo em Universos com topologias multiplamentes conexas são estudadas. Encontram-se algumas restrições que caracterizam cada tipo de topologia, trazendo como consequência uma diferença entre as funções de correlação e espectros de potência para cada caso. Essas diferenças podem em princípio nos ajudar a diferenciar o tipo de topologia à qual pertencem / Abstract: Temperature fluctuations on the Cosmic Microwave Background in Universes with non-trivial topology are studied. We find some constraints that characterize each topology, which has as a consequence a difference between correlation functions and power spectra for each case. This can in principle help us to differentiate the type of topology to which they belong / Mestre

Orientador: Não informado / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-24T17:34:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_Claudio_D.pdf: 3413884 bytes, checksum: 91c77523efd1664cbc57e96e66d7155c (MD5) Previous issue date: 1971 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Armando Turtelli Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleg Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-27T17:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_LuizGustavodos_D.pdf: 5277977 bytes, checksum: 2dd76f35ef3bc9c9010fba6d29159dc2 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O trabalho realizado nesta tese foi motivado pelo crescente interesse pelas anomalias encontradas nos fluxos naturais de neutrinos. Foram encontrados problemas no fluxo de neutrinos produzidos no sol e também no fluxo dos neutrinos produzidos na atmosfera. Estes problemas seriam causados pelo fato de os neutrinos não terem massa zero, podendo portanto oscilar, mudando de um sabor para outro e dando origem às anomalias observadas. Nosso trabalho experimental foi desenvolvido no âmbito do experimento LVD. O detector foi concebido em 1984 e aprovado para construção em 1986. Seu projeto é uma evolução do experimento LSD e visava primordialmente a detecção de neutrinos provenientes de colapsos estelares. A observação de neutrinos produzidos na supernova de Shelton (SN1987A), em número amplamente insuficiente, pelos experimentos então em operação, confirmou a oportunidade de sua construção. A concepção do detector, no entanto, permite, e estimula, que se realizem outros tipos de pesquisa. Neste sentido, estudamos a capacidade da experiência em medir o tempo de vôo de partículaspenetrantes que atravessam o aparato. Neutrinos produzem múons, interagindo com nucleôns segundo equações do tipo: um + N ® m +... ; a eventual observação de múons provenientes do interior da terra indicaria que estes têm origem neutrínica. O estudo destes múons, chamados de upward-going múons, fornece informações sobre seus precursores, geralmente neutrinos atmosféricos, com maior qualidade, pois trabalhamos praticamente na ausência de background. Além disso, os neutrinos provenientes do interior da terra percorrem caminhos que variam de dezenas de quilômetros a dez mil quilômetros, fato, particularmente importante no estudo de oscilações. Nesta tese, estudamos a possibilidade da detecção de upward-going múons pelo experimento LVD. Para tal, uma análise extensiva da resolução temporal da experiência foi realizada. Esta análise conduziu ao desenvolvimento de métodos de correção das medidas de tempo da experiência, que melhoraram sensivelmente a resolução temporal no LVD. A conclusão deste trabalho é de que o LVD tem capacidade reduzida de observar os múons ascendentes, no entanto, como demonstramos, pequenas alterações no hardware da experiência podem torná-la muito mais eficaz para medidas de tempo de vôo / Abstract: In this work we present a careful study about the potentiality of the small angle scattering technique and the inverse scattering problem ie., the reconstruction of the particle shape directly from the scattering profile. In this way, we made many simulations to test and analyzed various methods. First I show the general scattering theory, emphasizing the scattering from particles. Next I present a model building computing routine that shows the relationship between the scattering profile and the particle shape. Finally, I apply the three-dimensional reconstruction methods to several models in order to evaluate the power of these methods. This calculation served as a basis to analyze real problems like proteins in solution. As we show in the results, the SAXS technique furnishes interesting results like shape, anisotropy, symmetry and conformational changes of the scattering particles. From the ab initio reconstruction methods used, optimization by simulated annealing plus the introduction of adequate constraints gave the best shape approximation when compared to genetic algorithm results / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Neste trabalho, cujo objetivo foi fornecer subsídios que permitam estabelecer um sistema de dosimetria para as tripulações de aeronaves que operam no território nacional, foi desenvolvida uma técnica para realizar medições do equivalente de dose ambiente em aeronaves. Foi testado um detector ativo, para uso embarcado em aeronaves, avaliando-se sua adequação a este tipo específico de medição, assim como sua suscetibilidade às interferências magnética e eletromagnética. O equipamento foi calibrado em campos metrologicamente rastreados e foi verificado em um campo especial do laboratório europeu CERN, que reproduz com grande proximidade o espectro de partículas existentes em altitudes de voo de aeronaves, sendo a seguir testado em diversos ensaios em voo, em uma aeronave da Força Aérea Brasileira. Os resultados foram avaliados e comparados com aqueles obtidos por diversos programas computacionais de estimativa de dose oriunda de radiação cósmica, com respeito à sua adequação para uso na região da América do Sul e foi selecionado o programa CARI-6 para avaliar as doses efetivas médias estimadas a que estão sujeitas as tripulações que operam nesta região. Foi efetuada uma avaliação estatística da distribuição de doses efetivas das tripulações dos voos que operam na região da América do Sul e Caribe e concluiu-se que grande parte destas tripulações estão sujeitas a doses efetivas anuais que ultrapassam o limite estabelecido para membros do público. Adicionalmente, foi proposto um dosímetro passivo preliminar, baseado em detectores termoluminescentes, e foram ainda estabelecidas colaborações internacionais com grupos de pesquisa do Reino Unido e da Itália, para a realização de medições conjuntas do equivalente de dose ambiente em aeronaves. / The objective of this work is the establishment of a dosimetric system for the aircrew in the domestic territory. A technique to perform measurements of ambient dose equivalent in aircrafts was developed. An active detector was evaluated for onboard aircraft use, testing its adequacy to this specific type of measurement as well as its susceptibility to the magnetic and electromagnetic interferences. The equipment was calibrated in standard radiation beams and in a special field of the European Laboratory CERN, that reproduces with great proximity the real spectrum in aircraft flight altitudes; it was also tested in several flights, in an Brazilian Air Force\'s aircraft. The results were evaluated and compared with those obtained from several computational programs for cosmic radiation estimatives, with respect to its adequacy for use in the South American region. The program CARI-6 was selected to evaluate the estimated averaged effective doses for the aircrew who operate in this region. A statistical distribution of aircrew effective doses in South America and Caribe was made, and the results show that a great part of this aircrew members are subjected to annual effective doses that exceed the dose limits for the members of the public. Additionally, a preliminary passive dosemeter, based in thermoluminescent detectors, was proposed; international collaborations with United Kingdom and Italy were established for joint measurements of the ambient equivalent doses in aircrafts.

Neste trabalho, cujo objetivo foi fornecer subsídios que permitam estabelecer um sistema de dosimetria para as tripulações de aeronaves que operam no território nacional, foi desenvolvida uma técnica para realizar medições do equivalente de dose ambiente em aeronaves. Foi testado um detector ativo, para uso embarcado em aeronaves, avaliando-se sua adequação a este tipo específico de medição, assim como sua suscetibilidade às interferências magnética e eletromagnética. O equipamento foi calibrado em campos metrologicamente rastreados e foi verificado em um campo especial do laboratório europeu CERN, que reproduz com grande proximidade o espectro de partículas existentes em altitudes de voo de aeronaves, sendo a seguir testado em diversos ensaios em voo, em uma aeronave da Força Aérea Brasileira. Os resultados foram avaliados e comparados com aqueles obtidos por diversos programas computacionais de estimativa de dose oriunda de radiação cósmica, com respeito à sua adequação para uso na região da América do Sul e foi selecionado o programa CARI-6 para avaliar as doses efetivas médias estimadas a que estão sujeitas as tripulações que operam nesta região. Foi efetuada uma avaliação estatística da distribuição de doses efetivas das tripulações dos voos que operam na região da América do Sul e Caribe e concluiu-se que grande parte destas tripulações estão sujeitas a doses efetivas anuais que ultrapassam o limite estabelecido para membros do público. Adicionalmente, foi proposto um dosímetro passivo preliminar, baseado em detectores termoluminescentes, e foram ainda estabelecidas colaborações internacionais com grupos de pesquisa do Reino Unido e da Itália, para a realização de medições conjuntas do equivalente de dose ambiente em aeronaves. / The objective of this work is the establishment of a dosimetric system for the aircrew in the domestic territory. A technique to perform measurements of ambient dose equivalent in aircrafts was developed. An active detector was evaluated for onboard aircraft use, testing its adequacy to this specific type of measurement as well as its susceptibility to the magnetic and electromagnetic interferences. The equipment was calibrated in standard radiation beams and in a special field of the European Laboratory CERN, that reproduces with great proximity the real spectrum in aircraft flight altitudes; it was also tested in several flights, in an Brazilian Air Force\'s aircraft. The results were evaluated and compared with those obtained from several computational programs for cosmic radiation estimatives, with respect to its adequacy for use in the South American region. The program CARI-6 was selected to evaluate the estimated averaged effective doses for the aircrew who operate in this region. A statistical distribution of aircrew effective doses in South America and Caribe was made, and the results show that a great part of this aircrew members are subjected to annual effective doses that exceed the dose limits for the members of the public. Additionally, a preliminary passive dosemeter, based in thermoluminescent detectors, was proposed; international collaborations with United Kingdom and Italy were established for joint measurements of the ambient equivalent doses in aircrafts.

Neste trabalho realizamos cálculos teóricos das razões de povoamento dos níveis de estrutura fina do C0, C+ e Si+ considerando em detalhes os efeitos dos diversos mecanismos de excitação: colisões, fluorescência e a radiação cósmica de fundo. Empregamos dados atômicos recentes coletados na literatura na resolução das equações de equilíbrio estatístico pertinentes. A confrontação das razões de povoamento calculadas com as razões de densidades de coluna observadas disponíveis na literatura nos permite obter informações acerca das condições físicas (densidades volumétricas, intensidade de um campo de radiação UV presente, temperatura da radiação cósmica de fundo) e propriedades (dimensão característica e massa) dos sistemas damped Lyman a e Lyman Limit vistos em absorção no espectro de QSOs. Como um aparte, e por sua relação com o tema do trabalho, também investigamos a lei de temperatura da radiação cósmica de fundo. / In this work we perform theoretical calculations of the population ratios of fine structure levels of C0, C+ and Si+ considering in detail the effect of the various excitation mechanisms: collisions, fluorescence and the cosmic background radiation. We employ recent atomic data, gathered in the literature, to solve the related statistical equilibrium equations. The comparison of the calculated population ratios with the observed column densities ratios available in the literature allows us to obtain informations regarding the physical conditions (volume densities, intensity of a UV radiation field present, temperature of the cosmic background radiation) and properties (characteristic size and mass) of damped Lyman a and Lyman Limit systems seen in absorption in spectra of QSOs. We also investigate the temperature law of the cosmic background radiation, which bears a tight relationship with this work.

Nos encontramos atualmente em um momento histórico privilegiado para a cosmologia. Na última década, o grande progresso das observações astronô- micas permitiu que diversos modelos cosmológicos pudessem ser testados com grande precisão. Com uma série de resultados observacionais sendo lançados, obtivemos informações valiosas sobre a expansão acelerada do universo primitivo e a expansão acelerada atual. Em sua essência, tais esforços observacionais buscam esclarecer algumas das questões mais fundamentais da cosmologia moderna, como a compreensão do mecanismo responsável pela aceleração do universo. Muitas perguntas estão associadas à tal questão, entre elas podemos citar: (i) Qual a natureza da substância, ou qual a origem do fenômeno, que está atualmente acelerando a expansão do universo? (ii) Por qual razão esta expansão acelerada iniciou recentemente (nos últimos 5-8 bilhões de anos), e não no passado distante ou no futuro remoto? (iii) Qual a variante inflacionária que operou no universo primitivo e qual sua conexão (se existe alguma) com o atual estágio acelerado do universo? Em nossa compreensão, as indagações acima fazem parte dos maiores problemas da cosmologia atual. A ampla abrangência de tais questões significa que avanços em qualquer uma delas terá implicações teóricas e observacionais em outras áreas envolvendo a interface formada pela Astronomia, Cosmologia e Física de Partículas. As três questões acima estão diretamente conectadas com os objetivos do presente trabalho. Acreditamos também que seu estudo pode lançar alguma luz e melhorar nossa compreensão sobre questões mais fundamentais da física. Neste contexto, analisamos diferentes modelos cosmológicos para a acelera- ção do universo à luz dos mais recentes dados observacionais de supernovas, radiação cósmica de fundo e oscilações acústicas de bárions. Propomos, aqui, alternativas ao Modelo Padrão da Cosmologia, ao mostrar que diversos fenômenos físicos podem estar associados à expansão do universo, gerando a aceleração observada sem a necessidade de se introduzir componentes desconhecidas no universo além da matéria escura. Além de desenvolver uma revisão crítica do Modelo Padrão, discutimos nesta tese especialmente três modelos para a expansão acelerada do universo. O primeiro deles considera a aceleração cósmica como sendo efeito da criação quântica de partículas de matéria escura, ou radiação, às custas do campo gravitacional variando continuamente com a expansão do universo. O segundo modelo considera o processo de viscosidade volumar no fluido cosmológico como sendo responsável pela aceleração. Esta viscosidade volumar se deve à perda de equilíbrio termodinâmico durante a expansão do fluido. O terceiro modelo, o modelo de decaimento do vácuo, considera como responsá- vel pela aceleração uma energia do vácuo que decai nas outras componentes cósmicas continuamente ao longo do tempo. Analisamos as relações existentes entre estes três modelos, além do Modelo Padrão, e as condições sob as quais os mesmos fornecem uma dinâmica equivalente para o universo. Também obtemos interessantes vínculos para os parâmetros destes modelos ao fazermos, além de uma análise observacional, uma análise teórica baseada na dinâmica e na termodinâmica associada a cada cenário. Sugerimos que estes cenários são capazes de aliviar diversos problemas conceituais do Modelo Padrão da Cosmologia. Numa segunda etapa, mostramos que os processos físicos descritos acima podem ser responsáveis tanto pela aceleração cósmica atual, quanto pela aceleração primordial que se supõe ter ocorrido no universo antigo. Tal abordagem fornece uma descrição unificada para a evolução cosmológica. Acreditamos ser de fundamental importância que o processo que dirigiu a aceleração primordial possa ser relacionado com o mesmo responsável pela atual fase de expansão acelerada do universo. Além disto, é possível que as dificuldades que atingem a interface que une a Relatividade Geral, a Cosmologia e a Teoria Quântica de Campos possam ser amenizadas através de uma melhor compreensão do processo de criação gravitacional de partículas, do decaimento do vácuo e suas conexões com o contexto da inflação primordial. Para comparar e vincular os modelos propostos, analisamos também o processo de formação das estruturas cosmológicas nestes modelos. Introduzimos a teoria de perturbações cosmológicas, primeiramente, através de uma análise do Modelo Padrão. A partir daí, apresentamos uma abordagem mais geral para o tratamento das perturbações chamada teoria de campo efetiva para a inflação. Neste contexto, analisamos quais previsões são obtidas ao se quebrar algumas suposições usualmente assumidas nestes modelos. Por fim, através de uma análise do espectro de potências primordial do modelo de criação gravitacional de partículas e do modelo de viscosidade, mostramos, pela primeira vez, que os mesmos podem ser capazes de gerar um cenário inflacionário para o universo primitivo em concordância com as observações atuais. / We are currently in a privileged moment for cosmology. In the last decade, the great progress of astronomical observations made possible that several cosmological models could be tested with great accuracy. With several observational data being released we obtained valuable information concerning the primordial acceleration of the universe and the recent accelerated expansion. Essentially, these observational efforts aim to clarify some of the most fundamental questions of modern cosmology, which concerns the understanding of the mechanism responsible for the acceleration of the universe. Many questions are related to this issue, among them we can mention: (i) What is the nature of the substance, or what is the origin of the phenomenom, responsible for the acceleration of the expansion? (ii) For which reason the accelerated expansion started recently (within the last 5-8 billion years), and not in the distant past or distant future? (iii) What is the inflationary variant that operated in the early universe, and what is its connection (if there is any) with the current accelerated stage of the universe? In our understanding the above questions are part of the biggest problems in modern cosmology. The interconnection between these issues means that advances in any of them will have theoretical and observational implications in other areas involving the interface formed by Astronomy, Cosmology and Particle Physics. The three questions above are directly connected to the objectives of this work. We also belive that their study can shed some light in our understanding of the remaining issues. In this context, we analyze different cosmological models for the acceleration of the universe in the light of the latest data released from supernovae, cosmic microwave background and baryon acoustic oscillations, comparing the results with the ones concerning the Standard Model of Cosmology. We propose alternatives to the Standard Model of Cosmology, by showing that several physical phenomena can be associated to the expansion of the universe, producing the observed acceleration without the need to introduce unknown components in the universe besides the dark matter. In addition to developing a critical revision of the Standard Model, we discuss in this thesis especially three models for the accelerated expansion of the universe. The first one considers the cosmic acceleration as an effect of the creation of dark matter particles, or radiation, at the expense of the gravitational field varying continuously with the expansion of the universe. The second model considers the process of bulk viscosity in the cosmological fluid as being responsible for the acceleration of the universe. This bulk viscosity is due to the loss of local thermodynamic equilibrium during the expansion of the fluid. The third model, the vacuum decaying model, considers as responsible for the acceleration, a vacuum energy which decays continuously into other cosmological components. We analyze the relations between these three models, and also the Standard Model, and the conditions under which they provide an equivalent dynamic to the universe. We also obtain interesting constraints for the parameters of these models by making, besides an observacional analysis, a theoretical analysis based on the dynamics and thermodynamics associated to each scenario. We will show that these alternative scenarios are able to alleviate several theoretical problems of the Standard Cosmological Model. In a second part, we show that the physical phenomena described above may be responsible for the recent cosmic acceleration, as well as for the primordial acceleration that is supposed to have occurred in the early universe. Such approach provides an unified description for the cosmological history. We belive it is of great importance that the process responsible for inflation can be identified with the one responsible for the current phase of accelerated expansion of the universe. Moreover, it is quite possible that the difficulties concerning the interface connecting General Relativity, Cosmology and Quantum Field Theory can be reduced through a better understanding of the gravitational particle creation process, the decay of the vacuum and its connections with the primordial inflationary context. In order to constrain and compare the models proposed here, we also analyse the process of cosmological structure formation in these models. We firstly introduce the perturbation theory through an analysis of the Standard Model. Then we introduce a more general approach to the treatment of cosmological perturbations which is called effective field theory of inflation. In this context, we analyse which predictions are obtained when we break some of the assumptions usually imposed in these models. Finally, through an analysis of the primordial power spectrum of the gravitational particle creation model and the viscosity model, we show, for the first time, that these models are able to describe an inflationary scenario for the early universe totally in agreement with current observations.

O presente trabalho desenvolve o modelamento e a aplicação prática do Método Monte Carlo para simular a situação de um detector de nêutrons empregado na medida do fluxo de nêutrons gerados pela radiação cósmica na atmosfera. Entende--se por modelamento: a descrição geométrica e dos materiais de construção do detector, do meio onde está sendo empregado, a incidência e o espectro de radiação e a definição dos dados macroscópicos e modelos nucleares usados nos cálculos de probabilísticos dos processos de interação da radiação cósmica com os materiais. Tem--se por objetivo do presente trabalho a descrição da resposta do monitor de fluxo de nêutrons do tipo Long Counter aplicado na medida em solo de nêutrons da radiação cósmica, aplicando códigos de simulação MCNP e MCNPX, visando verificar tanto o modelamento quanto os códigos em uma aplicação cuja resposta é conhecida através de medidas experimentais. Os resultados do presente trabalho, portanto, contribuem significantemente com os esforços do grupo de pesquisa do IEAv/DCTA no desenvolvimento de plataformas experimentais e computacionais para avaliação dos efeitos da radiação cósmica no meio aeroespacial.

Após uma revisão das bases da cosmologia moderna e dos mecanismos de produção de anisotropias na radiação cósmica de fundo, calculamos a relação entre a polarização da radiação cósmica de fundo causada por espalhamento Thomson no gás ionizado presente em aglomerados de galáxias e o potencial gravitacional da época do desacoplamento dos fótons com a matéria, em z \' 1100. Mostramos como é possível realizar, em teoria, uma tomografia desse potencial gravitacional em todo o universo observável e como a correlação desse sinal de polarização com o contraste de densidade de matéria poderia nos ajudar a restringir parâmetros cosmológicos. Entretanto, o fraco sinal esperado para essa polarização nos leva à conclusão de que uma tomografia do potencial gravitacional, através desse método, é impraticável no futuro próximo. / After a review of the foundations of modern cosmology and the cosmic microwave background anisotropies production mechanisms, we calculated the relation between the cosmic microwave background polarization caused by Thomson scattering in the ionized gas found in galaxy clusters and the gravitational potential from the photon decoupling epoch, on z \' 1100. We have shown how it is possible to make, in theory, a tomography of this potential over all the observable universe and how the correlation of this polarization signal with the matter density contrast could help us constrain cosmological parameters. However, the weak signal expected for this polarization shows that a gravitational potential tomography using this method is unfeasible in the near future.