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Despite remarkable progress made in the past century, which has revolutionized our understanding of the universe, there are numerous open questions left in theoretical physics. Particularly important is the fact that the theories describing the fundamental interactions of nature are incompatible. Einstein's theory of general relative describes gravity as a dynamical spacetime, which is curved by matter and whose curvature determines the motion of matter. On the other hand we have quantum field theory, in form of the standard model of particle physics, where particles interact via the remaining interactions - electromagnetic, weak and strong interaction - on a flat, static spacetime without gravity. A theory of quantum gravity is hoped to cure this incompatibility by heuristically replacing classical spacetime by quantum spacetime'. Several approaches exist attempting to define such a theory with differing underlying premises and ideas, where it is not clear which is to be preferred. Yet a minimal requirement is the compatibility with the classical theory, they attempt to generalize. Interestingly many of these models rely on discrete structures in their definition or postulate discreteness of spacetime to be fundamental. Besides the direct advantages discretisations provide, e.g. permitting numerical simulations, they come with serious caveats requiring thorough investigation: In general discretisations break fundamental diffeomorphism symmetry of gravity and are generically not unique. Both complicates establishing the connection to the classical continuum theory. The main focus of this thesis lies in the investigation of this relation for spin foam models. This is done on different levels of the discretisation / triangulation, ranging from few simplices up to the continuum limit. In the regime of very few simplices we confirm and deepen the connection of spin foam models to discrete gravity. Moreover, we discuss dynamical, e.g. diffeomorphism invariance in the discrete, to fix the ambiguities of the models. In order to satisfy these conditions, the discrete models have to be improved in a renormalisation procedure, which also allows us to study their continuum dynamics. Applied to simplified spin foam models, we uncover a rich, non--trivial fixed point structure, which we summarize in a phase diagram. Inspired by these methods, we propose a method to consistently construct the continuum theory, which comes with a unique vacuum state. / Trotz bemerkenswerter Fortschritte im vergangenen Jahrhundert, die unser Verständnis des Universums revolutioniert haben, gibt es noch zahlreiche ungeklärte Fragen in der theoretischen Physik. Besondere Bedeutung kommt der Tatsache zu, dass die Theorien, welche die fundamentalen Wechselwirkungen der Natur beschreiben, inkompatibel sind. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wird die Gravitation durch eine dynamische Raumzeit dargestellt, die von Materie gekrümmt wird und ihrerseits durch die Krümmung die Bewegung der Materie bestimmt. Dem gegenüber steht die Quantenfeldtheorie, die die verbliebenen Wechselwirkungen - elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung - im Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt, in dem Teilchen auf einer statischen Raumzeit -- ohne Gravitation -- miteinander interagieren. Die Hoffnung ist, dass eine Theorie der Quantengravitation diese Inkompatibilität beheben kann, indem, heuristisch, die klassische Raumzeit durch eine 'Quantenraumzeit' ersetzt wird. Es gibt zahlreiche Ansätze eine solche Theorie zu definieren, die auf unterschiedlichen Prämissen und Ideen beruhen, wobei a priori nicht klar ist, welche zu bevorzugen sind. Eine Minimalanforderung an diese Theorien ist Kompatibilität mit der klassischen Theorie, die sie verallgemeinern sollen. Interessanterweise basieren zahlreiche Modelle in ihrer Definition auf Diskretisierungen oder postulieren eine fundamentale Diskretheit der Raumzeit. Neben den unmittelbaren Vorteilen, die Diskretisierungen bieten, z.B. das Ermöglichen numerischer Simulationen, gibt es auch gravierende Nachteile, die einer ausführlichen Untersuchung bedürfen: Im Allgemeinen brechen Diskretisierungen die fundamentale Diffeomorphismensymmetrie der Gravitation und sind in der Regel nicht eindeutig definiert. Beides erschwert die Wiederherstellung der Verbindung zur klassischen, kontinuierlichen Theorie. Das Hauptaugenmerk dieser Doktorarbeit liegt darin diese Verbindung insbesondere für Spin-Schaum-Modelle (spin foam models) zu untersuchen. Dies geschieht auf sehr verschiedenen Ebenen der Diskretisierung / Triangulierung, angefangen bei wenigen Simplizes bis hin zum Kontinuumslimes. Im Regime weniger Simplizes wird die bekannte Verbindung von Spin--Schaum--Modellen zu diskreter Gravitation bestätigt und vertieft. Außerdem diskutieren wir dynamische Prinzipien, z.B. Diffeomorphismeninvarianz im Diskreten, um die Ambiguitäten der Modelle zu fixieren. Um diese Bedingungen zu erfüllen, müssen die diskreten Modelle durch Renormierungsverfahren verbessert werden, wodurch wir auch ihre Kontinuumsdynamik untersuchen können. Angewandt auf vereinfachte Spin-Schaum-Modelle finden wir eine reichhaltige, nicht-triviale Fixpunkt-Struktur, die wir in einem Phasendiagramm zusammenfassen. Inspiriert von diesen Methoden schlagen wir zu guter Letzt eine konsistente Konstruktionsmethode für die Kontinuumstheorie vor, die einen eindeutigen Vakuumszustand definiert.

Foi analisada, através de simulação Monte Carlo, a probabilidade de que um gap de rapidez seja observado na produção do boson de Higgs por fusão de bosons vetoriais com massa (W), no LHC (Large Hadron Collider). Foi analisada, também através do uso de Monte Carlo, a possibilidade de que a existência ou não de um gap de rapidez seja usada na distinção de um Higgs produzido por fusão de bosons vetoriais W de outro produzido por fusão de gluons. Os diferentes modelos para tratamento de processos não perturbativos dos códigos Monte Carlo DTUJET e PYTHIA foram comparados. / The gap survival probability for a higgs boson produced by W fusion at the LHC (Large Hadron Collider) is analyzed through Monte Carlo simulation. The possibility of distinguishing between two higgs production mechanisms, W and gluon fusion is studied using Monte Carlo simulation. The two different models for non pertubative processes, used by DTUJET and PYTHIA are compared.

Foi analisada, através de simulação Monte Carlo, a probabilidade de que um gap de rapidez seja observado na produção do boson de Higgs por fusão de bosons vetoriais com massa (W), no LHC (Large Hadron Collider). Foi analisada, também através do uso de Monte Carlo, a possibilidade de que a existência ou não de um gap de rapidez seja usada na distinção de um Higgs produzido por fusão de bosons vetoriais W de outro produzido por fusão de gluons. Os diferentes modelos para tratamento de processos não perturbativos dos códigos Monte Carlo DTUJET e PYTHIA foram comparados. / The gap survival probability for a higgs boson produced by W fusion at the LHC (Large Hadron Collider) is analyzed through Monte Carlo simulation. The possibility of distinguishing between two higgs production mechanisms, W and gluon fusion is studied using Monte Carlo simulation. The two different models for non pertubative processes, used by DTUJET and PYTHIA are compared.

Measurements of the differential cross sections for backward (pi)('+)p and (pi)('-)p elastic scattering have been made for incident pion momenta between 30 and 90 GeV/c in the angular range 0 ) p(pi)('-), the (DELTA)(,(delta)) and N(,(alpha)) for (pi)('+)p (--->) p(pi)('+). As is given by this model, the momentum dependence of the differential cross-section, d(sigma)/du for fixed u, may be parameterized with the form (DIAGRAM, TABLE OR GRAPHIC OMITTED...PLEASE SEE DAI) The values n('+) = 2.31 (+OR-) 0.07 and n('-) = 2.08 (+OR-) 0.06 are obtained for n at u = 0 for (pi)('+) and (pi)('-) scattering respectively.

Exact solutions to the Einstein field equations are notoriously difficult to find. Most known solutions describe systems with unrealistically high degrees of symmetry. A notable example is the FLRW metric underlying modern cosmology: the universe is assumed to be perfectly homogeneous and isotropic, but in the late universe, this is only true on average and only at large scales. Where an exact solution is not available, discrete gravitational approaches can approximate the system instead. This thesis investigates several cosmological systems using two distinct discrete approaches. Closed, flat, and open ‘lattice universes’ are first considered where matter is distributed as a regular lattice of identical point masses in constant-time hypersurfaces. Lindquist and Wheeler’s Schwarzschild–cell method is applied where the lattice cell around each mass is approximated by a perfectly spherical cell with Schwarzschild space–time inside. The resulting dynamics and cosmological redshifts closely resemble those of the dust-filled FLRW universes, but with certain differences in redshift behaviour attributable to the lattice universe’s lumpiness. The application of Regge calculus to cosmology is considered next. We focus exclusively on the closed models developed by Collins, Williams, and Brewin. Their approach is first applied to a universe where an exact solution is already well-established, the vacuum Λ-FLRW model. The resulting models are found to closely reproduce the dynamics of the continuum model being approximated, though certain constraints on the applicability of the approach are also uncovered. Then using this knowledge, we next model the closed lattice universe. The resulting evolution closely resembles that of the closed dust-filled FLRW universe. Constraints on the placement of the masses in the Regge skeleton are also uncovered. Finally, a ‘lattice universe’ with one perturbed mass is modelled. The evolution is still stable and similar to that of the unperturbed model. The thesis concludes by discussing possible extensions of our work.

A observação de uma nova classe de eventos no espalhamento profundamente inelástico (D18) elétron-próton tem gerado grande interesse teórico e experimental. Estes eventos apresentam grandes intervalos na variável pseudo-rapidez ("7)sem deteção de partículas e são interpretados como oriundos de processos com caráter difrativo. A difração é descrita segundo uma base teórica fundamentada na Teoria de Regge, a qual já era utilizada na descrição das interações difrativas nas colisões hadrônicas. A Cromodinâmica Quântica (QCD) descreve com boa concordância todas as características usuais do D18, entretanto, frente a esses fenômenos novos elementos estão sendo incorporados na teoria. A questão principal é investigar se os processos difrativos são dominados pela troca da trajetória de Regge dominante, o Pomeron, ou por interações perturbativas descritas pela QCD. OS dados existentes não permitem distingüir qual a dominância e possivelmente há uma mistura de efeitos perturbativos QCD e não-perturbativos (Regge). Neste trabalho contrapomos o modelo de Regge e o Modelo Partônico para a difração. O observável físico utilizado nas análises é a função de estrutura difrativa Ff(xjp, {3,Q2). Apontamos as características e predições do Modelo Partônico para este observável. Encontramos que o modelo descreve os dados, entretanto há problemas em regiões específicas do espectro das variáveis cinemáticas. Recentes medidas da função de estrutura apresentam uma quebra de sua fatorização. No sentido de explicar esta nova característica introduzimos uma troca extra de reggeon, de caráter não-perturbativo, como uma extensão do Modelo Partônico. Os resultados mostram que a troca de reggeon é importante para {3< 0.4 e descreve bem a quebra de fatorização. Há melhoria na dependência para pequeno {3,entretanto a troca de reggeon é pouco sensível à variação do momento transferido Q2.

Ce mémoire est une présentation de nos travaux de recherches s'étendant sur les dix dernières années. Ils ne sont pas consacrés à un domaine particulier de la physique, mais se répartissent suivant trois grands thèmes : aspects algébriques de la diffusion des ondes, utilisation des méthodes semiclassiques en diffusion et renormalisation en théorie des champs en espacetemps courbe.

Thesis--University of California, Berkeley, 1963. / "UC-34 Physics" -t.p. "TID-4500 (19th Ed.)" -t.p. Includes bibliographical references (p. 68-69).

A observação de uma nova classe de eventos no espalhamento profundamente inelástico (D18) elétron-próton tem gerado grande interesse teórico e experimental. Estes eventos apresentam grandes intervalos na variável pseudo-rapidez ("7)sem deteção de partículas e são interpretados como oriundos de processos com caráter difrativo. A difração é descrita segundo uma base teórica fundamentada na Teoria de Regge, a qual já era utilizada na descrição das interações difrativas nas colisões hadrônicas. A Cromodinâmica Quântica (QCD) descreve com boa concordância todas as características usuais do D18, entretanto, frente a esses fenômenos novos elementos estão sendo incorporados na teoria. A questão principal é investigar se os processos difrativos são dominados pela troca da trajetória de Regge dominante, o Pomeron, ou por interações perturbativas descritas pela QCD. OS dados existentes não permitem distingüir qual a dominância e possivelmente há uma mistura de efeitos perturbativos QCD e não-perturbativos (Regge). Neste trabalho contrapomos o modelo de Regge e o Modelo Partônico para a difração. O observável físico utilizado nas análises é a função de estrutura difrativa Ff(xjp, {3,Q2). Apontamos as características e predições do Modelo Partônico para este observável. Encontramos que o modelo descreve os dados, entretanto há problemas em regiões específicas do espectro das variáveis cinemáticas. Recentes medidas da função de estrutura apresentam uma quebra de sua fatorização. No sentido de explicar esta nova característica introduzimos uma troca extra de reggeon, de caráter não-perturbativo, como uma extensão do Modelo Partônico. Os resultados mostram que a troca de reggeon é importante para {3< 0.4 e descreve bem a quebra de fatorização. Há melhoria na dependência para pequeno {3,entretanto a troca de reggeon é pouco sensível à variação do momento transferido Q2.