MORAES, Jason Roberto Alves de. Gravitação quântica canônica. 2016. 72 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-07-18T13:04:07Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_jramoraes.pdf: 629993 bytes, checksum: 4192a98f10583b124eae37f6fd751afe (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-07-18T13:04:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_jramoraes.pdf: 629993 bytes, checksum: 4192a98f10583b124eae37f6fd751afe (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-18T13:04:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_jramoraes.pdf: 629993 bytes, checksum: 4192a98f10583b124eae37f6fd751afe (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho, apresenta-se o formalismo canônico de quantização da gravidade, tanto em sua formulação original, para a qual a métrica é a variável canônica, quanto na de Ashtekar, onde a conexão autodual assume o papel de variável canônica. Nesta última formulação, as equações de vínculo do formalismo são drasticamente simplificadas, e, fazendo uso da teoria de Chern-Simons, constrói-se um estado que satisfaz estas equações no vácuo, constituindo uma importante solução para a equação de Wheeler-DeWitt. O estado de Chern-Simons também tem uma representação em loops, que recebe este nome por ser formulada em termos dos loops de Wilson.

Nesta tese, o limite não re1ativistico em teorias quânticas de campos em 2+1 dimensões é discutido1 perturbativamente, através da introdução de um corte intermediário que permite 0 cálculo de.expansão /P/m das amplitudes quânticas. especificando a origem, no espaço dos estados intermediários, de cada uma. das contribuições. Este procedimento é aplicado à teoria 4 e um esquema de redução a nível das amplitudes, que identifica a contribuição do setor de baixas energias com 0 resultado da teoria não re1ativistica, é proposto. Quando aplicado á teoria de Chern-Simons escalar, este procedimento sugere correlações relativísticas para o espalhamento Aharonov-Bohm. / n this thesis, the nonrelativistic limit of quantum field theories in 2 + 1 dimensions is discussed, perturbatively, through the introduction of an intermediate cutoff which generates the /p/m expansion of the quantum amplitudes and specifies the origin of each contribution in the space of the intermediary states. This scheme is applied to the theory 4 and a reduction procedure for the amplitudes that identify the low energy sector contribution with the results of the nonrelativistic theory is proposed. When applied to the scalar Chern-Simons theory, this procedure gives relativistic corrections to the Aharonov- Bohm scattering.

Consideramos modelos não-comutativos de campos escalares e fermiônicos acoplados com um campo de Chern-Simons em 2+ 1 dimensões e mostramos que, pelo menos em um laço, o modelo contendo somente um campo fermiônico, na representação fundamental, minimalmente acoplado ao campo de Chern-Simons, é consistente no sentido que não há divergências infravermelhas não-integráveis presentes no modelo. Contrariamente, divergências infravermelhas perigosas ocorrem se o campo fermiônico pertence à representação adjunta ou se consideramos o acoplamento com a matéria escalar. A formulação do modelo de Chern-Simons supersimétrico em termos de supercampos também é analisada, sendo livre de singularidades infravermelhas não integráveis e, na verdade, finito no caso em que o campo de matéria pertence à representação fundamental. No caso da representação adjunta, isso ocorre somente para uma particular escolha de calibre. Analisando a parte de paridade ímpar das funções de vértice de dois e três pontos do campo de calibre, calculamos, em um laço, as correções ao coeficiente do termo de Chern-Simons no modelo de Higgs-Chern-Simons não comutativo no caso de temperatura zero e no limite de altas temperaturas. A altas temperaturas, mostramos que o limite estático desta correção é proporcional a T mas a primeira correção devida à não-comutatividade aumenta como T log T. Nossos resultados são funções analíticas do parâmetro não-comutativo. / We consider 2+ 1 dimensional noncommutative models of scalar and fermionic fields coupled to the Chern-Simons field. We show that, at least up to one loop, the model containing only a fermionic field in the fundamental representation minimally coupled to the Chern-Simons field is consistent in the sense that there are no nonintegrable infrared divergences. By contrast, dangerous infrared divergences occur if the fermion field belongs to the adjoint representation or if the coupling of scalar matter is considered instead. The superfield formulation of the supersymmetric Chern-Simons model is also analyzed and shown to be free of nonintegrable infrared singularities and actually finite if the matter field belongs to the fundamental representation of the supergauge group. In the case of the adjoint representation this only happens in a particular gauge. By analyzing the odd parity part of the gauge field two and three point vertex functions, the one-loop radiative correction to the Chern-Simons coefficient is computed in noncommutative Chern-Simons-Higgs model at zero and at high temperature. At high temperature, we show that the static limit of this correction is proportional to T but the first noncommutative correction increases as T log T. Our results are analytic functions of the noncommutative parameter.

Nesta tese, o limite não re1ativistico em teorias quânticas de campos em 2+1 dimensões é discutido1 perturbativamente, através da introdução de um corte intermediário que permite 0 cálculo de.expansão /P/m das amplitudes quânticas. especificando a origem, no espaço dos estados intermediários, de cada uma. das contribuições. Este procedimento é aplicado à teoria 4 e um esquema de redução a nível das amplitudes, que identifica a contribuição do setor de baixas energias com 0 resultado da teoria não re1ativistica, é proposto. Quando aplicado á teoria de Chern-Simons escalar, este procedimento sugere correlações relativísticas para o espalhamento Aharonov-Bohm. / n this thesis, the nonrelativistic limit of quantum field theories in 2 + 1 dimensions is discussed, perturbatively, through the introduction of an intermediate cutoff which generates the /p/m expansion of the quantum amplitudes and specifies the origin of each contribution in the space of the intermediary states. This scheme is applied to the theory 4 and a reduction procedure for the amplitudes that identify the low energy sector contribution with the results of the nonrelativistic theory is proposed. When applied to the scalar Chern-Simons theory, this procedure gives relativistic corrections to the Aharonov- Bohm scattering.

Orientador: Prof. Dr. Alysson Fábio Ferrari / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2016. / Nesta tese nosso objetivo foi estudar a Quebra Dinâmica de Simetria (QDS) em uma teoria de Chern-Simons supersimétrica em (2 + 1) dimensões acoplada a N supercampos de matéria, no formalismos dos supercampos. Neste sentido, desenvolvemos um mecanismo para calcular o superpotencial efetivo Keff (¿cl, ¿) , onde ¿cl é um supercampo de fundo e ¿ o parâmetro de calibre que é introduzido no processo de quantização da teoria. Potenciais efetivos dependentes do parâmetro de calibre já foram estudados no contexto da teoria quântica de campos, e podem levar a consequências não triviais para o estudo da QDS em teorias de calibre. Portanto, nós não assumimos de princípio a invariância de calibre dos resultados em nosso modelo, como usualmente é feito na literatura. Nós desenvolvemos o formalismo das identidades de Nielsen na linguagem dos supercampos, que é o formalismo apropriado para o estudo da QDS quando o potencial efetivo depende do calibre. Nós também discutimos como podemos calcular o potencial efetivo a partir da Equação de Grupo de Renormalização (EGR), a partir do conhecimento das funções de grupo de renormalização, i.e., funções ¿ e dimensão anômala ". Desenvolvemos um cálculo detalhado destas funções a dois laços da teoria de perturbação, encontrando que estas não dependem do parâmetro ¿, e portanto, usando a EGR, calculamos o superpotencial Keff, mostrando que ele é também independente de ¿. Então nós discutimos o aprimoramento no cálculo de Keff somando os termos "logaritmos líderes", e comparamos este aprimoramento com aquele obtido na versão não supersimétrica do modelo. Finalmente, fizemos o estudo da QDS encontrando que ela é operacional para todos os valores razoáveis dos parâmetros livres, enquanto que o aprimoramento obtido pela EGR em geral só produz uma pequena correção quantitativa nos resultados, ao invés da dramática mudança qualitativa encontrada em modelos não supersimétricos. / In this thesis we study the Dynamical Symmetry Breaking (DSB) mechanism in a supersymmetric Chern-Simons theory in (2 + 1) dimensions coupled to N matter superfields in the superfield formalism. For this purpose, we developed a mechanism to calculate the effective superpotencial Keff (¿cl, ¿), where ¿cl is a background superfield, and ¿ a gaugefixing parameter that is introduced in the quantization process. The possible dependence of the effective potential on the gauge parameter have been studied in the context of quantum field theory, and it can have nontrivial consequences to the study of DSB in gauge theories. Therefore, we did not assume from the start the gauge independence of the effective potential in our model, as it is customary in the literature. We developed the formalism of the Nielsen identities in the superfield language, which is the appropriate formalism to study DSB when the effective potential is gauge dependent. We also discuss how to calculate the effective superpotential via the Renormalization Group Equation (RGE) from the knowledge of the renormalization group functions of the theory, i.e., ¿ functions and anomalous dimensions ". We perform a detailed calculation of these functions at two loops, finding that these do not depend on ¿, and therefore, by using the RGE, we calculate the effective superpotencial Keff, showing that it is also independen of ¿. Then we discuss the improvement of the calculation of Keff by summing up leading logarithms, and we compare this improvement with the one obtained in the non supersymmetric version of the model. Finally, we study the DSB finding that it is operational for all reasonable values of the free parameters, while the improvement obtained from the RGE in general only produces a small quantitative correction in the results, instead of the more dramatic qualitative change found in non supersymmetric models.

Consideramos modelos não-comutativos de campos escalares e fermiônicos acoplados com um campo de Chern-Simons em 2+ 1 dimensões e mostramos que, pelo menos em um laço, o modelo contendo somente um campo fermiônico, na representação fundamental, minimalmente acoplado ao campo de Chern-Simons, é consistente no sentido que não há divergências infravermelhas não-integráveis presentes no modelo. Contrariamente, divergências infravermelhas perigosas ocorrem se o campo fermiônico pertence à representação adjunta ou se consideramos o acoplamento com a matéria escalar. A formulação do modelo de Chern-Simons supersimétrico em termos de supercampos também é analisada, sendo livre de singularidades infravermelhas não integráveis e, na verdade, finito no caso em que o campo de matéria pertence à representação fundamental. No caso da representação adjunta, isso ocorre somente para uma particular escolha de calibre. Analisando a parte de paridade ímpar das funções de vértice de dois e três pontos do campo de calibre, calculamos, em um laço, as correções ao coeficiente do termo de Chern-Simons no modelo de Higgs-Chern-Simons não comutativo no caso de temperatura zero e no limite de altas temperaturas. A altas temperaturas, mostramos que o limite estático desta correção é proporcional a T mas a primeira correção devida à não-comutatividade aumenta como T log T. Nossos resultados são funções analíticas do parâmetro não-comutativo. / We consider 2+ 1 dimensional noncommutative models of scalar and fermionic fields coupled to the Chern-Simons field. We show that, at least up to one loop, the model containing only a fermionic field in the fundamental representation minimally coupled to the Chern-Simons field is consistent in the sense that there are no nonintegrable infrared divergences. By contrast, dangerous infrared divergences occur if the fermion field belongs to the adjoint representation or if the coupling of scalar matter is considered instead. The superfield formulation of the supersymmetric Chern-Simons model is also analyzed and shown to be free of nonintegrable infrared singularities and actually finite if the matter field belongs to the fundamental representation of the supergauge group. In the case of the adjoint representation this only happens in a particular gauge. By analyzing the odd parity part of the gauge field two and three point vertex functions, the one-loop radiative correction to the Chern-Simons coefficient is computed in noncommutative Chern-Simons-Higgs model at zero and at high temperature. At high temperature, we show that the static limit of this correction is proportional to T but the first noncommutative correction increases as T log T. Our results are analytic functions of the noncommutative parameter.

A passagem progressiva de estados de Landau bidimensional (2D) para estados tridimensional (3D) foi estudada em Poços Quânticos Parabólicos (PQW) largos (W = 1000 6000 Å). Utilizou-se como técnica de transporte medidas da magnetoresistência em campo magnético intenso (B = 0 15 T) e inclinado ( = 0 90°; perpendicular paralelo), a baixas temperaturas (T = 50 mK). Observou-se, através da dependência angular das oscilações de Shubnikov de Haas ( = 0 90°), em PQWs cheios, várias sub-bandas ocupadas (5 a 8), a coexistência de estados de Landau 2D e 3D, sendo o gás 3D formado pelo colapso das sub-bandas elevadas, e o gás 2D pertencendo à primeira sub-banda. Através de cálculos do alargamento dos níveis de Landau devido ao espalhamento elástico ( = /2 , onde é o tempo quântico) e de cálculos auto-consistentes da energia de separação entre sub-bandas do PQW (ij = Ej Ei; e 12=12/2), obtiveram-se as condições 2 j-1,j para as sub-bandas elevadas j = 3,4,..., corroborando com as observações experimentais da coexistência de estados de Landau 2D e 3D no poço. Em PQWs parcialmente cheios, com apenas 2 sub-bandas ocupadas, observou-se, através do efeito do anticruzamento de níveis de Landau, de medidas da dependência angular da energia de ativação no regime de efeito Hall quântico, e de comparações com resultados de cálculos da estrutura eletrônica de PQWs em campo magnético inclinado, a coexistência de estados de Landau 2D e 3D, ocorrendo somente em campos intensos e com inclinação acentuada ( = 80 90°). Esta coexistência é diferente da mencionada anteriormente, quando od estados de Landau 3D são observados já em campo perpendicular. / The gradual progress, or evolution, of the two-dimensional (2D) toward three-dimensional (3D) Landau states was studied in wide parabolic quantum Wells (W = 1000 6000 Å). As transport technique, we used measurements of the magnetoresistence in intense (B = 0 15 T) and tilted ( = 0 90°; perpendicular parallel) magnetic Field at low temperature (T = 50 Mk). We observed in PQWs with Five to eight sub-bands occupied full well the coexistence of the 2D and 3D Landau states, through the angular dependence of the Shubnikov de Hass oscillation ( = 0 90°), where the 2D states belong to the lowest sub-band and the 3D states are formed by overlap of the other sub-bands. We calculated the level broadening due to the elastic scattering rate ( = /2 , where is the quantum time), and the energy separation between sub-bands (ij = Ej Ei; e 12=12/2). We obtained 2 j-1,j to j=3,4,... . This confirms the experimental observations of the coexistence of the 2D and 3D states in the well. We also measured PQWs partially full 2 sub-bands occupied. Experiments revel anticrossing of the Landau level (LL) belonging to the lowest sub-band and the last LL belonging to the second sub-band. Such antisrossuing occurs due to a decrease of the energy of the LL with tilt angle. This observation was supported by measurements of the angular dependence of the activation energy in the quantum Hall regime. In these measurements, we also observed the coexistence of the 2D and 3D Landau states. However, the coexistence only occurs at large tilt angles ( = 80 90°). Thus, it is different from the coexistence above mentioned, when 3D Landau states are observed already in the perpendicular magnetic field.

A passagem progressiva de estados de Landau bidimensional (2D) para estados tridimensional (3D) foi estudada em Poços Quânticos Parabólicos (PQW) largos (W = 1000 6000 Å). Utilizou-se como técnica de transporte medidas da magnetoresistência em campo magnético intenso (B = 0 15 T) e inclinado ( = 0 90°; perpendicular paralelo), a baixas temperaturas (T = 50 mK). Observou-se, através da dependência angular das oscilações de Shubnikov de Haas ( = 0 90°), em PQWs cheios, várias sub-bandas ocupadas (5 a 8), a coexistência de estados de Landau 2D e 3D, sendo o gás 3D formado pelo colapso das sub-bandas elevadas, e o gás 2D pertencendo à primeira sub-banda. Através de cálculos do alargamento dos níveis de Landau devido ao espalhamento elástico ( = /2 , onde é o tempo quântico) e de cálculos auto-consistentes da energia de separação entre sub-bandas do PQW (ij = Ej Ei; e 12=12/2), obtiveram-se as condições 2 j-1,j para as sub-bandas elevadas j = 3,4,..., corroborando com as observações experimentais da coexistência de estados de Landau 2D e 3D no poço. Em PQWs parcialmente cheios, com apenas 2 sub-bandas ocupadas, observou-se, através do efeito do anticruzamento de níveis de Landau, de medidas da dependência angular da energia de ativação no regime de efeito Hall quântico, e de comparações com resultados de cálculos da estrutura eletrônica de PQWs em campo magnético inclinado, a coexistência de estados de Landau 2D e 3D, ocorrendo somente em campos intensos e com inclinação acentuada ( = 80 90°). Esta coexistência é diferente da mencionada anteriormente, quando od estados de Landau 3D são observados já em campo perpendicular. / The gradual progress, or evolution, of the two-dimensional (2D) toward three-dimensional (3D) Landau states was studied in wide parabolic quantum Wells (W = 1000 6000 Å). As transport technique, we used measurements of the magnetoresistence in intense (B = 0 15 T) and tilted ( = 0 90°; perpendicular parallel) magnetic Field at low temperature (T = 50 Mk). We observed in PQWs with Five to eight sub-bands occupied full well the coexistence of the 2D and 3D Landau states, through the angular dependence of the Shubnikov de Hass oscillation ( = 0 90°), where the 2D states belong to the lowest sub-band and the 3D states are formed by overlap of the other sub-bands. We calculated the level broadening due to the elastic scattering rate ( = /2 , where is the quantum time), and the energy separation between sub-bands (ij = Ej Ei; e 12=12/2). We obtained 2 j-1,j to j=3,4,... . This confirms the experimental observations of the coexistence of the 2D and 3D states in the well. We also measured PQWs partially full 2 sub-bands occupied. Experiments revel anticrossing of the Landau level (LL) belonging to the lowest sub-band and the last LL belonging to the second sub-band. Such antisrossuing occurs due to a decrease of the energy of the LL with tilt angle. This observation was supported by measurements of the angular dependence of the activation energy in the quantum Hall regime. In these measurements, we also observed the coexistence of the 2D and 3D Landau states. However, the coexistence only occurs at large tilt angles ( = 80 90°). Thus, it is different from the coexistence above mentioned, when 3D Landau states are observed already in the perpendicular magnetic field.

O objetivo desta tese é estudar alguns modelos contendo o termo de Chern-Simons, cuja presença induz várias características tais como massa topológica e spin fracionário. Iniciamos tratando o problema da equivalência entre os modelos Auto-Dual minimamente acoplado com o campo de Dirac, e o modelo de Maxwell-Chern-Simons com um acoplamento magnético com férmions. Nós mostramos que os setores fermiônicos dos modelos somente são equivalentes se adicionarmos uma auto-interação tipo Thirring. Em seguida, analisamos o efeito Aharonov-Bohm não-Abeliano para partículas de spin 0 e ½. Partindo da teoria quântica de campos relativística no gauge de Coulomb e usando o procedimento do corte intermediário, para separar o momento de integração nas regiões de baixa e alta energia, nós obtemos o limite não relativístico dos modelos. Desta forma as correções radiativas, tais como polarização do vácuo e correção de vértice, são automaticamente incluídas. Finalizando estudamos algumas / The aim of this work is to study some models with Chern-Simons term~ which induces several properties such as l-opological mass and fractional spin. We start studying the exact equivalence between the Self-Dual model minimally coupled to a Dirac field and the Maxwell-Chern-Simons model witb non-minimal magnetic coupling to fermions. Weshow that the fermions sectors of the models are equivalent only if a Thirring like interaction is included. Next we analyze the non-Abelian Aharonov-Bohm scattering for 0 and 1/2 spin particles. Starting Crom the relatistic quantum field theory and using 8 Coulomb gauge rormalism the one loop renorrnalizalion is implemented. Trough the introduction of na intermediaf) cutoff, separating the regions of high and low integration momentum the nonrelativistic Umit is derived. In this approach CJuant.um field theory vacuum polarization and anomalous magnetic momentum are automatically incorporated. Va also study some properties of the chat\'ged one spin particles interacting wit.h Chern Simons field.

O objetivo desta tese é estudar alguns modelos contendo o termo de Chern-Simons, cuja presença induz várias características tais como massa topológica e spin fracionário. Iniciamos tratando o problema da equivalência entre os modelos Auto-Dual minimamente acoplado com o campo de Dirac, e o modelo de Maxwell-Chern-Simons com um acoplamento magnético com férmions. Nós mostramos que os setores fermiônicos dos modelos somente são equivalentes se adicionarmos uma auto-interação tipo Thirring. Em seguida, analisamos o efeito Aharonov-Bohm não-Abeliano para partículas de spin 0 e ½. Partindo da teoria quântica de campos relativística no gauge de Coulomb e usando o procedimento do corte intermediário, para separar o momento de integração nas regiões de baixa e alta energia, nós obtemos o limite não relativístico dos modelos. Desta forma as correções radiativas, tais como polarização do vácuo e correção de vértice, são automaticamente incluídas. Finalizando estudamos algumas / The aim of this work is to study some models with Chern-Simons term~ which induces several properties such as l-opological mass and fractional spin. We start studying the exact equivalence between the Self-Dual model minimally coupled to a Dirac field and the Maxwell-Chern-Simons model witb non-minimal magnetic coupling to fermions. Weshow that the fermions sectors of the models are equivalent only if a Thirring like interaction is included. Next we analyze the non-Abelian Aharonov-Bohm scattering for 0 and 1/2 spin particles. Starting Crom the relatistic quantum field theory and using 8 Coulomb gauge rormalism the one loop renorrnalizalion is implemented. Trough the introduction of na intermediaf) cutoff, separating the regions of high and low integration momentum the nonrelativistic Umit is derived. In this approach CJuant.um field theory vacuum polarization and anomalous magnetic momentum are automatically incorporated. Va also study some properties of the chat\'ged one spin particles interacting wit.h Chern Simons field.