In this master s thesis, we have studied the possibility of Lorentz invariance violation by considering some terms of the standard-model extesion (SME), specifically, those terms which refer to the quantum electrodynamics extension. We have performed quantum corrections in the fermionic sector of the usual quantum electrodynamics with added terms which violate the Lorentz and CPT symmetries in two different configurations. Firstly, adding operators governed by the coefficient gκλμ and, in a later time, adding operators governed by the coefficient bμ. In the theory with the coefficient gκλμ, we have performed quantum corrections in order to induce, in the bosonic sector of the theory, the conventional Chern-Simons and the higher-derivative terms, and analyze the behavior of both terms in the finite temperature regime, by using the method of derivative expansion and the Matsubara formalism. On the other hand, in the model with the coefficient bμ, we have performed quantum corrections in order to induce, in the bosonic sector, the higher-derivative Chern-Simons term, by using the method of derivative expansion and, subsequently, analyze the behavior of this term in the finite temperatura regime, where we have used the Matsubara formalism again. Thus, for the first case, we have observed that the conventional Chern-Simons term is nonzero only at finite temperature, whereas the higher-derivative term is finite at zero temperature, however, this term goes to zero when the temperature increases infinitely. In the second part of our study, we have shown that the higher-derivative Chern-Simons term is induced at zero temperature, nevertheless, this term goes to zero when the temperature increases too much. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta dissertação, estudamos a possibilidade de violação da invariância de Lorentz levando em conta alguns termos do modelo padrão estendido, mais especificamente, da parte deste modelo que trata da eletrodinâmica quântica estendida. Realizamos correções quânticas no setor fermiônico da eletrodinâmica quântica usual adicionada de termos que violam as simetrias de Lorentz e CPT em duas configurações diferentes. Primeiramente, adicionando operadores governados pelo coeficiente gκλμ e, em um momento posterior, adicionando operadores governados pelo coeficiente bμ. Para a teoria com o coeficiente gκλμ, realizamos correções quânticas com a intenção de induzir, no setor bosônico da teoria, os termos de Chern-Simons convencional e o de derivada superior, e analisar o comportamento de ambos os termos no regime de temperatura finita, fazendo o uso do método da expansão derivativa e do formalismo de Matsubara. Já para o modelo com o coeficiente bμ, realizamos correções quânticas a fim de induzir, no setor bosônico, o termo de Chern-Simons de derivada superior, usando o método da expansão derivativa e, posteriormente, analisar o comportamento deste termo no regime de temperatura finita, ao utilizarmos novamente o formalismo de Matsubara. Assim, para o primeiro caso, notamos que o termo de Chern-Simons convencional é diferente de zero apenas à temperatura finita, enquanto que, o termo de derivada superior é finito em temperatura zero, porém, tal termo vai a zero quando a temperatura cresce infinitamente. Na segunda parte do nosso estudo, mostramos que o termo de Chern-Simons de derivada superior é induzido no regime de temperatura zero, contudo, tal termo vai a zero quando a temperatura cresce muito.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, utilizamos o formalismo de teorias quânticas de campos a temperatura finita, tal como desenvolvidas por Matsubara, aplicado a uma hamiltoniana de N campos escalares com autointeração quártica a N grande. Obtém-se uma expressão, na primeira aproximação quântica, para o coeficiente do termo quadrático da hamiltoniana ("massa quadrada"), renormalizado, como função da temperatura. A partir dela, estudamos o processo de quebra espontânea de simetria. Por outro lado, a mesma hamiltoniana é conhecida como modelo de Ginzburg-Landau na literatura de matéria condensada, e que permite o estudo de transições de fase em materiais ferromagnéticos. A temperatura é introduzida através do termo quadrático na hamiltoniana, de forma linear: é proporcional à diferença entre a variável de temperatura e a temperatura crítica. Tal modelo, porém, possui validade apenas na regi~ao de temperaturas próximas à criticalidade. Como resultado de nossos cálculos na teoria de campos a temperatura finita, observamos que, numa faixa de valores em torno da temperatura crítica, a massa quadrática pode ser aproximada por uma relação linear em relação à variável de temperatura. Isso evidencia a compatibilidade da abordagem de Ginzburg-Landau, na vizinhança da criticalidade, com respeito ao formalismo de campos a temperatura finita. Discutimos também os efeitos causados pela presença de um potencial químico no sistema. / In this work, we use the formalism of quantum field theories at finite temperature, as developed by Matsubara, applied to a Hamiltonian of N scalar fields with quartic self-interaction at N large. We get an expression in the first quantum approximation to the coeficient of the quadratic term of the Hamiltonian ("square mass"), renormalized as a function of temperature. From it, we study the process of spontaneous symmetry breaking. On the other hand, the same Hamiltonian is known as Ginzburg-Landau model in the literature of condensed matter, and allows the study of phase transitions in ferromagnetic materials. The temperature is introduced through the quadratic term in the Hamiltonian of the linear form: is proportional to the difference between the temperature and the critical temperature. This model, however, is valid only in the region of temperatures close to criticality. As a result of our calculations in the field theory at finite temperature, we observed that in a range of values around the critical temperature, the quadratic mass can be approximated by a linear relation with the temperature. This highlights the compatibility of the Ginzburg-Landau approach, in the vicinity of criticality with respect to the formalism of finite temperature field. We also discuss the effects caused by the presence of a chemical potential in the system.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, utilizamos o formalismo de teorias quânticas de campos a temperatura finita, tal como desenvolvidas por Matsubara, aplicado a uma hamiltoniana de N campos escalares com autointeração quártica a N grande. Obtém-se uma expressão, na primeira aproximação quântica, para o coeficiente do termo quadrático da hamiltoniana ("massa quadrada"), renormalizado, como função da temperatura. A partir dela, estudamos o processo de quebra espontânea de simetria. Por outro lado, a mesma hamiltoniana é conhecida como modelo de Ginzburg-Landau na literatura de matéria condensada, e que permite o estudo de transições de fase em materiais ferromagnéticos. A temperatura é introduzida através do termo quadrático na hamiltoniana, de forma linear: é proporcional à diferença entre a variável de temperatura e a temperatura crítica. Tal modelo, porém, possui validade apenas na regi~ao de temperaturas próximas à criticalidade. Como resultado de nossos cálculos na teoria de campos a temperatura finita, observamos que, numa faixa de valores em torno da temperatura crítica, a massa quadrática pode ser aproximada por uma relação linear em relação à variável de temperatura. Isso evidencia a compatibilidade da abordagem de Ginzburg-Landau, na vizinhança da criticalidade, com respeito ao formalismo de campos a temperatura finita. Discutimos também os efeitos causados pela presença de um potencial químico no sistema. / In this work, we use the formalism of quantum field theories at finite temperature, as developed by Matsubara, applied to a Hamiltonian of N scalar fields with quartic self-interaction at N large. We get an expression in the first quantum approximation to the coeficient of the quadratic term of the Hamiltonian ("square mass"), renormalized as a function of temperature. From it, we study the process of spontaneous symmetry breaking. On the other hand, the same Hamiltonian is known as Ginzburg-Landau model in the literature of condensed matter, and allows the study of phase transitions in ferromagnetic materials. The temperature is introduced through the quadratic term in the Hamiltonian of the linear form: is proportional to the difference between the temperature and the critical temperature. This model, however, is valid only in the region of temperatures close to criticality. As a result of our calculations in the field theory at finite temperature, we observed that in a range of values around the critical temperature, the quadratic mass can be approximated by a linear relation with the temperature. This highlights the compatibility of the Ginzburg-Landau approach, in the vicinity of criticality with respect to the formalism of finite temperature field. We also discuss the effects caused by the presence of a chemical potential in the system.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madson Rubem Oliveira Silva.pdf: 613668 bytes, checksum: d43028a364635c42a0fb7bf3474aba16 (MD5) Previous issue date: 2010-04-30 / Maxwell s electrodynamics is a field theory which contains in its structure three fundamental physical symmetries: The Lorentz symmetry, the CPT-symmetry and the local gauge symmetry. The Lorentz covariance and the CPT-symmetry are fundamental in the construction of any field theory describing elementary (or not elementary) particles. Both together with the local gauge symmetry are the cornerstones in the construction of the Standard Model and of others modern field theories. However, it is cogitate that as much the Lorentz covariance as the CPT-symmetry can be spontaneously broken at Planck energy scale (or in the very early Universe when energies are close to the Planck scale) due to quantum gravity effects. The possible residual effects of such spontaneous symmetry breaking are studied within the structure of the Standard Model Extension (SME). The U(1)-local gauge symmetry sector of the SME describes the effects produced in Maxwell s electrodynamics due to the Lorentz-covariance violation and the spontaneous symmetry breaking of the CPT-invariance. Here, we study the finite temperature properties of the CPT-even electrodynamics of SME, represented by the term (kF )ανρφFανFρφ. First, we construct a well-defined and gauge invariant partition function in the functional integration formalism for an arbitrary tensor (kF ). Then, we specialize for the leading-order-nonbirefringent coefficients of the tensor (kF ) and we study in separate the parityeven and the parity-odd sectors. Consequently, for both sectors, the partition function is exactly caculated by showing that it is a power of Maxwell s partition function. Such power is an explicit function of the respective parameters ruling the Lorentz-covariance violation. This way, Planck s radiation law retains its frequency dependence and the Stefan-Boltzmann law is maintained, except for a change in Stefan-Boltzmann s constant that is multiplied by a global factor containing all the LIV contributions. Nevertheless, in general, it is observed that the LIV coefficients induce an anisotropy in the angular distribution of the black body energy density. / A eletrodinâmica de Maxwell é uma teoria de campo que contém em sua estrutura três tipos de simetrias fundamentais na física: A simetria de Lorentz, a simetria CPT e a simetria de calibre local. A covariância de Lorentz e a simetria CPT são fundamentais na construção de qualquer teoria de campo que descreva partículas elementares e não elementares. Ambas simetrias juntamente com a simetria de calibre local são os pilares na construção do Modelo Padrão e de outras modernas teorias de campo. No entanto, cogita-se que ambas, a covariância de Lorentz e a simetria CPT, poderiam sofrer uma quebra espontânea de simetria na escala de energia de Planck (ou no Universo primordial quando as energias eram da ordem de magnitude) devido aos efeitos produzidos pelo gravidade quântica. Os possíveis efeitos residuais dessa quebra espontânea, tanto da covariância de Lorentz como da simetria CPT, são estudados dentro da estrutura do Modelo Padrão Estendido (MPE). Assim, o setor de simetria de calibre local U(1) do MPE descreve os efeitos sofridos pela eletrodinâmica de Maxwell devido à violação da covariância de Lorentz e da quebra espontânea da invariância CPT. O intuito da Dissertação é estudarmos as propriedades à temperatura finita da eletrodinãmica CPT-par do MPE representada pelo termo (kF )ανρφFανFρφ. O primeiro passo é construir uma função de partição, bem definida e invariante de gauge, para uma configuração arbitrária do tensor (kF )ανρφ. Como estamos interessados em conhecer efeitos não perturbativos ou exatos da quebra espontânea da simetria de Lorentz, concentramos nossa atenção nas componentes do tensor (kF ) cujas contribuições, em primeira ordem não nula, para as relações de dispersão da eletrodinâmica de Maxwell ainda as mantém não birrefringentes. Para uma maior clareza ou um melhor entendimento, estudamos separadamente esses coeficientes não birrefringentes pertencentes aos setores de paridadepar e de paridade-ímpar do tensor (kF ) . Consequentemente, para ambos os setores, mostramos que a função de partição é calculada exatamente e resulta ser uma potência da função de partição de Maxwell. Tal potência é uma função explícita somente dos respectivos parâmetros que controlam a violação da simetria de Lorentz (VSL). Esse resultado demonstra que as propriedades termodinâmicas, do setor não birrefringente da eletrodinâmica CPT-par do MPE, como densidade de energia, pressão, entropia, etc, sejam as mesmas da eletrodinâmica de Maxwell multiplicadas por uma função que depende somente nos respectivos coeficientes não birrefringentes. Desse modo, a lei de radiação de Planck mantém a mesma dependência funcional na freqüência e a lei de Stefan-Boltzmann conservasse proporcional a T4. Entretanto, a constante de Stefan-Boltzmann usual sofre uma mudança, pois resulta multiplicada justamente por um fator global que contém as contribuições da VSL. No entanto, observa-se que, em geral, os coeficientes do VSL induzem uma anisotropia na distribuição angular da densidade de energia emitida pelo corpo negro.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kleber Anderson Teixeira da Silva.pdf: 275462 bytes, checksum: c0169a00ab68933c0fcb824d912b65e8 (MD5) Previous issue date: 2011-04-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Bose-Einstein condensate (BEC), also known as the fifth state of the matter, was predicted theoretically by Albert Einstein in 1925 and verified experimentally 70 years later in 1995. This dissertation addresses the effects of spontaneous broken of the CPT-symmetry and of the invariance Lorentz (also called simply the violation of Lorentz symmetry) in the Bose-Einstein condensation of an ideal bosonic gas in the limits nonrelativistic and will ultrarelativ´ıstico. The work is based on a model of fields theory described by a massive complex scalar field in the framework of spontaneous breaking of the CPT-symmetry and of the Lorentz invariance. First we study the CBE in the nonrelativistic limit starting from the non relativistic version of our model. Thus, the existence of the CBE imposes strong restrictions on some parameters governing the breach of Lorentz invariance (VIL). We observed that only the critical temperature is modified by the VIL. Also, we use experimental data to obtain limits upper for the coefficients that control the VIL. Because of our model describe consistently the CBE in the non relativistic limit We can use it to study the CBE ultrarelativıstica of an ideal bosonic gas loaded. Thus, we show that the construction of a partition function well defined to describe the relativistic ideal gas, imposes strong restrictions on two parameters that control the VIL. The analysis of the CBE in the ultrarelativistico limit shows that both the critical temperature as the chemical potential are affected by the spontaneous breaking of the invariance of Lorentz. / A condensação de Bose-Einstein (CBE), também conhecida como o quinto estado da matéria, foi prevista teoricamente por Albert Einstein em 1925 e verificado experimentalmente 70 anos depois, em 1995. Esta dissertação aborda os efeitos da quebra espontânea da simetria-CPT e da invariância de Lorentz (também chamada simplesmente de violação da simetria de Lorentz) na condensação de Bose-Einstein de um gás ideal bosônico nos limites não relativístico e ultrarelativístico. O trabalho é baseado em um modelo de teoria de campos descrito por um campo escalar complexo massivo no marco da quebra espontânea da simetria-CPT e da invariância de Lorentz. Primeiro estudamos a CBE no limite não relativístico partindo da versão não relativística do nosso modelo. Desse modo, a existência da CBE impõe restrições severas sobre alguns parâmetros que regem a violação da invariância de Lorentz (VIL). Observamos que somente a temperatura crítica é modificada pela VIL. Também, usamos dados experimentais para obter limites superiores para os coeficientes que controlam a VIL. Pelo fato do nosso modelo descrever de modo consistente a CBE no limite não relativíıstico podemos usá-lo para estudar a CBE ultrarelativística de um gás ideal bosônico carregado. Assim, mostramos que a construção de uma função de partição bem definida, para descrever o gás ideal relativístico, impõe restrições severas sobre dois parâmetros que controlam a VIL. A análise da CBE no limite ultrarelativístico mostra que tanto a temperatura crítica como o potencial químico são afetados pela quebra espontânea da invariância de Lorentz.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, os efeitos de um campo magnético oblíquo externo no modelo de Gross- Neveu (2+1)-dimensional, que inclui as componentes paralela e perpendicular do campo em relação ao sistema, são estudados no contexto da simetria quiral e discreta do modelo. Nosso principal interesse está nos efeitos deste campo sobre o diagrama de fase do sistema, onde também incluímos os efeitos combinados de temperatura e potencial químico. Os diagramas de fase são obtidos através do potencial efetivo a 1 loop para o modelo, derivado em primeira ordem na expansão 1=N. Transições de fase relevantes que podem ser estudadas através deste modelo são, por exemplo, metal-isolante em matéria condensada e na teoria quântica de campos de férmions planares em geral. A relação entre a transição de fase com quebra da simetria quiral e discreta e o surgimento de um gap (ou a presença de um valor esperado no vácuo do campo escalar diferente de zero), como função do campo magnético oblíquo, é analisada em detalhes. / In this work, the effects of an external oblique magnetic field in the (2+1)-dimensional Gross-Neveu model, and that therefore includes both parallel and perpendicular components of the applied field, are studied in the context of the models discrete chiral symmetry. Our main concern is in the effects of such a field in the systems phase diagram and that also includes the combined effects of temperature and chemical potential. The phase diagrams are obtained through the one-loop effective potential for the model, derived in the leading order in the 1=N expansion Relevant phase transitions that can be studied through this model are, for example, metal-insulator ones in condensed matter and in the quantum field theory of planar fermions in general. The relation between the phase transition with (discrete) chiral symmetry breaking and the emergence of a gap (or the presence of a chiral nonvanishing vacuum expectation value) in the planar fermionic system, as a function of the external oblique magnetic field, is analyzed in details.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, os efeitos de um campo magnético oblíquo externo no modelo de Gross- Neveu (2+1)-dimensional, que inclui as componentes paralela e perpendicular do campo em relação ao sistema, são estudados no contexto da simetria quiral e discreta do modelo. Nosso principal interesse está nos efeitos deste campo sobre o diagrama de fase do sistema, onde também incluímos os efeitos combinados de temperatura e potencial químico. Os diagramas de fase são obtidos através do potencial efetivo a 1 loop para o modelo, derivado em primeira ordem na expansão 1=N. Transições de fase relevantes que podem ser estudadas através deste modelo são, por exemplo, metal-isolante em matéria condensada e na teoria quântica de campos de férmions planares em geral. A relação entre a transição de fase com quebra da simetria quiral e discreta e o surgimento de um gap (ou a presença de um valor esperado no vácuo do campo escalar diferente de zero), como função do campo magnético oblíquo, é analisada em detalhes. / In this work, the effects of an external oblique magnetic field in the (2+1)-dimensional Gross-Neveu model, and that therefore includes both parallel and perpendicular components of the applied field, are studied in the context of the models discrete chiral symmetry. Our main concern is in the effects of such a field in the systems phase diagram and that also includes the combined effects of temperature and chemical potential. The phase diagrams are obtained through the one-loop effective potential for the model, derived in the leading order in the 1=N expansion Relevant phase transitions that can be studied through this model are, for example, metal-insulator ones in condensed matter and in the quantum field theory of planar fermions in general. The relation between the phase transition with (discrete) chiral symmetry breaking and the emergence of a gap (or the presence of a chiral nonvanishing vacuum expectation value) in the planar fermionic system, as a function of the external oblique magnetic field, is analyzed in details.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Josberg Silva Rodrigues.pdf: 647762 bytes, checksum: 76e44a5c4743594c8862ff4d8b22704c (MD5) Previous issue date: 2009-04-30 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / In this work we study the effects of the spontaneous breaking of Lorentz symmetry on black body radiation phenomenon in the context of the Maxwell-Caroll-Field-Jackiw (MCFJ) model. The MCFJ model is the electromagnetic CPT-odd sector of the standard model extension and, it presents for a purely space-like background a positive-definite hamiltonian. Firstly, we study the Maxwell electrodynamics by analyzing its hamiltonian structure following the Dirac s procedure for constrained systems. Then, we calculate the partition function via the path integrals formalism and consequently we obtain its thermodynamic properties such as: energy density, radiation pressure and the entropy. Afterwards, we apply the same procedure to find the partition function of the MCFJ model and we observe how the spectrum of black body changes due to the breaking of the CPT and Lorentz symmetries. We show that if the cosmic microwave background (CMB) radiation is described by this model, it shows an angular anisotropy in the energy density distribution. We also give, at leading order in the Lorentz violating parameter, the contributions of the Lorentz breaking for the Planck s radiation and the Stefan-Boltzmann laws. The Lorentz-violating (LV) corrections for the Planck s law is non-linear in the frequency and for the Stefan-Boltzmann law is quadratic in the temperature. Using our results, we set upper limits for the LV parameter by analyzing the Stefan-Boltmann law and the CMB anisotropy but it is shown that they are much less stringents that those obtained by birefringence or polarization analysis of light. / Esta dissertação aborda os efeitos da quebra espontânea da simetria de Lorentz sob a radiação do corpo negro no contexto da eletrodinâmica de Maxwell-Carroll-Field-Jackiw (MCFJ). O modelo MCFJ advém do setor CPT-ìmpar do modelo padrão estendido e apresenta uma hamiltoniana positiva-definida somente para um campo de fundo puramente tipo-espaço. O estudo começa pela eletrodinâmica de Maxwell realizando uma análise de sua estrutura hamiltoniana através do procedimento de Dirac para sistemas vinculados. Após essa análise, calcula-se a função de partição via o formalismo de integração funcional e obtendo consequentemente suas propriedades termodinâmicas relevantes como: densidade de energia, pressão de radiação e a entropia do sistema. Na segunda parte, seguindo um procedimento similar encontramos a função de partição do modelo MCFJ. Observa-se que o espectro de energia do corpo negro sofre alteração devido à quebra da invariância de Lorentz e da simetria CPT. Mostramos que se a radiação cósmica de fundo (RCF) for descrita por esse modelo desponta uma anisotropia na distribuição de densidade de energia. Também, mostramos que a lei de radiação de Planck e a lei de Stefan Boltzmann são afetadas pela introdução do campo externo responsável pela quebra de Lorentz. Tais modificações no caso da lei de Planck são não-lineares na frequência e na lei de Stefan-Boltzmann são quadráticas na temperatura. Usando esses resultados e os dados experimentais da constante de Stefan-Boltzmann e os dados referentes a anisotropia da radiação cósmica de fundo, estipulamos limites superiores para a magnitude do parâmetro da VL. Contudo, os limites obtidos são menos restritivos que os obtidos pela análise do fenômeno da birrefrigência.