Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / This thesis presents our proposals for new braneworlds models. Some of the main open issues in high energy physics have interesting solutions assuming the space-time has more than four dimensions. For instance, the hierarchy problem between the eletroweak and the Planck scales, and the origin of the cosmological constant, find some solutions in the brane scenarios. Since these models are rather sensible on the geometrical structure of the multidimensional space time where the brane is embedded, our main goal is to analyze how the geometrical and physical properties of the braneworld and of fields living on it evolve under a geometrical flow in the transverse manifold. The first step was propose an smoothed string-like braneworld with a transverse resolved conifold. The resolution parameter changes the width of the well and the high of the barrier of the Kaluza-Klein modes. Further, the source of this warped solution has different phases depending on the resolution parameter. The massless modes for the scalar, gauge and spinor fields are only well-behaved on the brane for non singular configurations. Another smooth geometrical flow studied was the so-called Ricci flow. This flux posses diffeomorphic invariant solutions called Ricci solitons which are extremals of the energy and entropy functionals. An important two-dimensional Ricci soliton with axial symmetry is the cigar soliton. A warped product between a 3-brane and the cigar soliton turns to be an interior and exterior string-like solution satisfying the dominant energy condition and that supports a massless gravitational mode trapped to the brane. The last geometric modification proposed was the locally Lorentz symmetry violation through a Finsler geometry approach. This anisotropic differential geometry has been intensely studied in last years. We have chosen the so-called bipartite space where the length of the events is measure using the metric and another symmetric tensor called bipartite tensor. We have shown the bipartite space deforms the causal surface to an elliptic cone and provides an anisotropy into the inertia of a particle. By means of an extended Einstein-Hilbert action we have shown an analogy between the bipartite space and the bumblebee and bipartite models which are effective Lorentz violating models in curved space times. / A presente tese apresenta nossas propostas de estensÃes dos modelos de mundo Branas. Alguns dos principais problemas em aberto em fÃsica de partÃculas, como o problema da hieraquia entre as escalas de Planck e eletrofraca, e da cosmologia como a origem da matÃria escura e o valor da constante cosmolÃgica, encontram soluÃÃes nos cenÃrios de branas. Uma vez que tais modelos sÃo extremamente sensÃveis à estrutura geomÃtrica do espaÃo-tempo ambiente multidimensional no qual a brana està imersa, noss ideia bÃsica à analisar como as propriedades da brana e dos campos que vivem no seu entorno mudam quando alteramos a estrutura geomÃtrica do espaÃo ambiente. Nosso primeiro passo foi uma estensÃo do cenÃrio de de brana tipo-corda em seis dimensÃes onde a variedade transversa à uma seÃÃo do cone resolvido. O parÃmetro de resoluÃÃo do cone, que controla a singularidade na origem, tambÃm altera a largura dos modos sem massa de um campo escalar e do potencial confinante dos modos Kaluza-Klein. TambÃm analisamos as condiÃÃes de energia da fonte que passa por diferentes fases durante o fluxo de resoluÃÃo. Estudamos ainda como este fluxo modifica as propriedades dos campos vetoriais e espinoriais neste cenÃrio. Em seguida, propusemos um novo fluxo geomÃtrico para a variedade transversa. O chamado fluxo de Ricci possui soluÃÃes invariantes por difeomorfismos chamadas sÃlitons de Ricci. Tais soluÃÃes tÃm a propriedade de extremizar grandezas durante esse fluxo, como os funcionais energia e entropia. Uma soluÃÃo particularmente importante e estacionÃria deste fluxo à o chamado sÃliton charuto de Hamilton que possui simetria axial. Definimos uma variedade produto nÃo-fatorizÃvel entre uma 3-brana e um sÃliton de Hamilton resultando em uma soluÃÃo tipo-corda regular que satisfaz a condiÃÃo de energia dominante e tem um modo gravitacional nÃo massivo localizado. Outra modificaÃÃo geomÃtrica proposta foi a ViolaÃÃo da simetria de Lorentz atravÃs da introduÃÃo de uma estrutura mÃtrica localmente anisotrÃpica, a chamada geometria de Finsler. Tal abordagem tem sido objeto recente de vÃrios estudos. Escolhemos uma estrutura finsleriana recentemente proposta, chamada bipartite, onde o comprimento dos eventos à calculado nÃo somente com a mÃtrica Lorentziana mas tambÃm com uma outra forma bilinear simÃtrica. O cone de luz desta geometria à deformado para um cone elÃptico cujas inclinaÃÃes das geratrizes dependem dos autovalores do tensor bipartite. Outra propriedade deste espaÃo-tempo à a de modificar a relaÃÃo entre o 4-momentum e a 4-velocidade gerando um tensor de inÃrcia. AtravÃs de uma aÃÃo de Einstein-Hilbert finsleriana em um limite de baixa dependÃncia direcional, encontramos uma analogia entre essa geometria e os modelos bumblebee e aether, que descrevem efetivamente a quebra da simetria de Lorentz em espaÃos curvos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho iremos apresentar alguns aspectos de gravitaÃÃo quÃntica. Introduzimos o problema da gravitaÃÃo e algumas propostas para atacÃ-lo. Em particular, nossas investigaÃÃes tocam trÃs temÃticas gerais: geometria nÃo-comutativa, violaÃÃo da simetria de Lorentz e cosmologia inflacionÃria. Em geometria comutativa fizemos duas propostas distintas para possÃveis limitaÃÃes experimentais: em uma calculamos a luminosidade de um buraco-negro modelando o seu horizonte de eventos por um espaÃo nÃo-comutativo; e na outra calculamos as propriedades termodinÃmicas do grafeno na presenÃa de um campo magnÃtico, verificando a influÃncia da nÃo-comutatividade. No que toca a quebra da simetria de Lorentz, mostramos a viabilidade fÃsica de cenÃrios de dimensÃes extras, atravÃs do cÃlculo da massa do grÃviton na teoria efetiva quadridimensional. TambÃm calculamos a influÃncia da quebra de simetria no setor gravitacional em quatro dimensÃes, atravÃs de correÃÃes quÃnticas ao potencial gravitacional. Finalmente, em cosmologia apresentamos um estudo preliminar sobre o problema da medida, que se relaciona com a probabilidade de que se tenha o processo de inflaÃÃo independente das condiÃÃes iniciais do sistema. Propusemos usar a formulaÃÃo Hamiltoniana para o cÃlculo dessa probabilidade em um sistema onde o campo escalar à acoplado nÃo-minimamente ao campo gravitacional, e assim verificar a viabilidade do modelo quando confrontado com dados observacionais. / In this work we will present some aspects from quantum gravity. We introduce the problem of quantum gravity and some proposals to tackle it. In particular, our investigations touch upon three general subjects: noncommutative geometry, violations of Lorentz symmetry and inflationary cosmology. In noncommutative geometry we made two proposals for possible experimental verifications: in the former we calculate the luminosity of spherically symmetric black-hole where its event horizon was modelled by a noncommutative space; in the latter we investigate the thermodynamical properties of the graphene in the presence of a magnetic field, verifying the influence of the noncommutativity. Regarding the Lorentz symmetry violation we showed its physical viability of extra-dimensional scenarios, by calculating the graviton mass in the four-dimensional effective theory. We also calculate the influence of the Lorentz symmetry breaking in the gravitational sector in four dimensions, by means of quantum corrections to the Newtonian potential. Finally, in cosmology we present a preliminar study on the measure problem, which is related to how natural the inflationary process is. We propose using the Hamiltonian formulation for evaluating the probability of inflation in a scenario where the scalar field describing the inflation is non-minimally coupled to the gravitational field, finding the the viability of this particular model when compared to observed data.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Nesta dissertaÃÃo, estudamos como se comporta o modelo do oscilador de Dirac, inserido em um sistema de dois nÃveis, ao interagir com o campo eletromagnÃtico externo, desconsiderando a quantizaÃÃo do campo (teoria semiclÃssica). Para tal, obtemos as funÃÃes de inversÃo de populaÃÃo de energia e de spin em trÃs situaÃÃes gerais: sem termos que violam a simetria de Lorentz; com a introduÃÃo de um termo CPT-Ãmpar que quebra a simetria vetorial de Lorentz; com a introduÃÃo de um termo CPT-Ãmpar que quebra a simetria de Lorentz por meio de um acoplamento axial. Em seguida, analisamos o caso especial da ressonÃncia entre o sistema e o campo incidente. Nesse caso, toda a influÃncia do oscilador de Dirac foi perdida e as funÃÃes de inversÃo de populaÃÃo de energia e de spin reduziram-se aos resultados encontrados na literatura cientÃfica.