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Estudamos a simetria de escala nas teorias do campo escalar complexo e do campo fermiônico, ambos acoplados minimamente ao campo de gauge abeliano de Chern-Simons. Vimos que, na aproximação de árvore, utilizando o processo algébrico de Dirac, a carga de dilatação gera a transformação de escala esperada, diferente do operador de momento angular que apresenta uma parte de spin anômala. Foi também verificado o fenômeno da quebra de invariância de escala clássica no nível quântico e também a validade das identidades de Ward, através do cálculo direto dos diagramas de Feynman utilizando regularização dimensional. We study the scale symetry in both complex escalar and fermionic field theories minimally couped to the gauge abelian Chern-Simons field. We saw that in the tree aproximation, using Dirac\'s algebric process, the dilatation charge generates the expected scale transformation, diferently from angular momentum operator which shows an anomalous spin part. It was also verified the phenomenon of breakdown of the classical scale invariance at the quantum level and the validity of the Ward identities by and explicit calculation of the Feynman diagrams using dimensional regularization.

Nesta tese apresentamos um estudo de como as simetrias grandes podem tornar as soluções de problemas como o da violação CP forte, mais naturais. Em particular, trataremos de estensões SU(3) IND.C\"\"SU(3) IND.L\"U (1) IND.X do modelo Padrão. Veremos como uma simetria discreta grande torna automática, em nível clássico, a simetria de Peccei-Quinn. O áxion do tipo invisível tem a sua massa protegida contra os efeitos semi-clássicos de gravitação quântica através da simetria Z IND.N. O limite perturbativo desses modelos também é investigado. A classe de modelos em que a simetria discreta é quase automática tem a sua validade perturbativa apenas em uma escala de energia relativamente baixa, na ordem dos TeV. É, então, proposta a extensão com um conteúdo mínimo de representação adicional onde o limite perturbativo pode ser ampliado para escalas de mais de uma dezena de TeV; deixando, portanto, esses modelos mais atrativos do ponto de vista fenomenológiconas energias que estarão sendo alcançadas em um futuro próximo nos aceleradores de partículas. In this thesis we perform a study about how large discrete symmetries can make problems solutions like the strong CP violation, more natural. In particular, we shall treat of a SU(3)cSU(3)LU(1)x Standard Model extension. We shall see how a large discrete symmetry makes, at the classical level, the Peccei-Quin symmetry automatic. The invisible axion has it mass protected against quantum gravity semi-classical effects by means of a Zn symmetry. The perturbative limit of some of those models is investigated. The class of models in which the discrete symmetry is almost automatic can be treated with perturbation theory only at energy scales below few TeV. It is, then, proposed a model extension with a minimal representation content which extends the perturbative limit to scales of tens of TeV; making, therefore, the models more atractives from the phenomenological point of view at the energies scalas to be reached in the near future.

Neutrinos, matéria escura, e partículas neutras de longas vidas médias atravessam os detetores despercebidos, carregando informação importante sobre as partículas pais e fontes de interação necessárias para reconstruir variáveis chaves como picos de ressonância em distribuições de massa invariante. Nesta dissertação, mostramos que um algoritmo de regressão de $k$-vizinhos mais próximos combinado com um classificador de rede neural profunda, um $k$NNNN, conseguem recuperar com precisão as distribuições de massa de pares $W^+W^-$ totalmente leptônicos de um novo bóson de Higgs pesado além dos seus backgrounds do modelo padrão a partir de informações observáveis disponíveis em detetores. Também aplicamos o $k$NNNN para o decaimento de um par de sléptons em léptons mais neutralinos, um candidato a matéria escura, incluindo os backgrounds do modelo padrão. O resultado da regressão pode ser utilizado para treinar classificadores ainda mais poderosos em separar sinais e backgrounds no canal totalmente leptônico e garantir a seleção de bósons de Higgs e sléptons com significância estatística melhorada. O método assume conhecimento prévio da classe dos eventos e parâmetros do modelo sendo, assim, adequado para estudos pós-descoberta. Neutrinos, dark matter, and long-lived neutral particles traverse the particle detectors unnoticed, carrying away information about their parent particles and interaction sources needed to reconstruct key variables like resonance peaks in invariant mass distributions. In this dissertation, we show that a $k$-nearest neighbors regressor algorithm combined with deep neural network classifiers, a $k$NNNN, is able to accurately recover distributions of the fully leptonic $W^+W^-$ mass of a new heavy Higgs boson and its Standard Model backgrounds from the observable detector level information at disposal. We also applied the $k$NNNN to the decay of slepton pairs in lepton plus neutralino, a candidate for dark matter, along with its Standard Model backgrounds. The output of the regressor can be used to train even stronger classifiers to separate signals and backgrounds in the fully leptonic case and guarantee the selection of on-mass-shell Higgs bosons and sleptons with enhanced statistical significance. The method assumes previous knowledge of the event classes and model parameters, thus suitable for post-discovery studies.

A confirmação de massas não-nulas para neutrinos define fenômenos relacionados à Física de Neutrinos como casos-teste de primordial importância para sondar cenários além do Modelo-Padrão. Em particular, experimentos futuros dedicados à detecção do Espalhamento Elástico Coerente de Neutrino-Núcleo podem ser ferramentas poderosas para impor limites em nova física leve. Neste trabalho, introduzimos uma abordagem completa para quantificar predições e obter a sensitividade de mediadores Z leve para dois experimentos propostos: um detector direcional de Câmara de Projeção Temporal de baixa pressão, vBDX-DRIFT, que utilizará neutrinos da Long Baseline Neutrino Facility; e vários possíveis experimentos a serem instalados na European Spallation Source. Comparamos os resultados obtidos com limites já existentes de alvo-fixo, aceleradores, neutrinos solares e experimentos de reator. Além disso, mostramos que esses experimentos têm o potencial de testar regiões inexploradas que, em certos casos, poderiam explicar o momento magnético anômalo do múon ou características peculiares do espectro cósmico de neutrinos observado pelo detector IceCube. The confirmation of non-zero Neutrino masses defines Neutrino Physics phenomena as test cases of central importance to probe scenarios beyond the Standard Model. In particular, future experiments dedicated to the detection of Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering may be powerful tools for constraining light new physics. In this work, we introduce a complete approach in order to quantify predictions and derive sensitivity on light Z mediators for two proposed experiments: a directional low-pressure Time Projection Chamber detector, BDX-DRIFT, that will utilize neutrinos produced at the Long Baseline Neutrino Facility; and several possible experiments to be installed at the European Spallation Source. We compare the results obtained with existing limits from fixed-target, accelerator, solar neutrino and reactor experiments. Furthermore, we show that these experiments have the potential to test unexplored regions that, in some case, could explain the anomalous magnetic moment of the muon or peculiar spectral features in the cosmic neutrino spectrum observed by IceCube.

Nesse trabalho procuramos por sinais de uma nova física através dos acoplamentos tríplices entre os bósons de gauge, dos acoplamentos do Higgs e dos acoplamentos entre os bósons de gauge e férmions em três análises diferentes. Na primeira, fizemos uma análise global com a maior parte dos dados acumulados do Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons e do Grande Colisor de Hádrons, na segunda estudamos os operadores de dipolo eletrofracos com os dados disponíveis até 2019 e por último estudamos o impacto dos operadores fermiônicos na medida da largura do Higgs utilizando sua produção fora da camada de massa. Para isso, parametrizamos os efeitos da nova física em termos de uma lagrangiana efetiva com operadores de dimensão-seis. Com os dados de precisão eletrofracos, produção de um par de bósons de gauge eletrofracos, dados de Higgs e Drell-Yan, fizemos uma análise estatística onde os coeficientes de Wilson foram tratados como parâmetros livres. Baseamos nossa escolha de base de operadores aos que estão mais relacionados com o conjunto de dados. Em seguida, obtemos os intervalos de confiança permitidos dos coeficientes de Wilson. In this work we search for signals of a new physics through triple gauge couplings, Higgs couplings and gauge boson couplings to fermions in three different analysis. In the first one, weve made a global analysis with the most of the accumulated data from Large Electron-Positron collider and Large Hadron Collider, in the second it was studied the eletroweak dipole operators with the data available to 2019 and finally we studied the impact of the fermionic operators in the measure of the Higgs width using off-shell process. For this, we parametrize the new physics effects in terms of an effective lagrangian with dimension-six operators. With the eletroweak precision data, eletroweak diboson production data, Higgs data and Drell-Yan, we perform a statistical analysis where the Wilson coefficients are treated as free parameters. We base our choice of operators which are most related to the data set. Next, we obtain the allowed confidence intervals for the Wilson coefficients.

Os experimentos de alta precisão em física de partículas servem como testes rigorosos do Modelo Padrão. A medida experimental do momento magnético anômalo do múon indica uma diferença significativa entre esse valor e a previsão do Modelo Padrão, o que pode ser um indicativo de nova física. Além disso, muitas teorias que se propõem a explicar essa discrepância podem gerar contribuições para o decaimento μ → e γ com magnitudes muito superiores à previsão do Modelo Padrão, o que pode ser medido experimentalmente em experimentos futuros. Nesse trabalho formalizamos como obter essas contribuições em Teoria Quântica de Campos, destacando a relação entre esses observáveis. Introduzimos também as integrais de Passarino-Veltman, bem como a ferramenta dos projetores, que foram utilizadas no cálculo das contribuições. Com isso, estudamos diversas contribuições eletrofracas para esses observáveis, incluindo interações com bósons escalares e vetoriais, neutros e carregados, de onde obtivemos expressões analíticas para essas contribuições e discutimos os casos em que elas podem explicar o valor experimental do momento magnético do múon, respeitando os limites experimentais do decaimento. Por fim, aplicamos os resultados obtidos em uma teoria com simetria left-right, onde estudamos dois tipos de mecanismos de seesaw que podem surgir no contexto desse modelo e analisamos o efeito das novas partículas nos observáveis em que estamos interessados. The high-precision experiments in particle physics serve as rigorous tests of the Standard Model. The experimental measurement of muon anomalous magnetic moment indicates a significant difference between this value and the Standard Model prediction, which may be indicative of new physics. In addition, many theories that propose to explain this discrepancy can generate contributions to μ → e γ decay with magnitudes much bigger than Standard Model prediction, which can be measured experimentally in future experiments. In this work, we formalized how to obtain these contributions in Quantum Field Theory, highlighting the relationship between these observables. We also introduced the Passarino-Veltman integrals, as well as the projectors tool, which were used in the calculation of these contributions. With that, we studied several electroweak contributions to these observables, including interactions with scalar and vector bosons, neutral and charged, from where we obtained analytical expressions for these contributions and discussed the cases in which they can explain the experimental value of muon magnetic moment, respecting the decay experimental limits. Finally, we applied our results in a theory with left-right symmetry, where we studied two types of seesaw mechanisms that can arise in the context of this model context and analyzed the effect of new particles on the observables that we are interested in.

Este trabalho aborda as teorias de gauge nos formalismos de primeira ordem, em particular a teoria de Yang-Mills. É mostrado que os formalismos de primeira e segunda ordem da teoria de Yang-Mills são equivalentes ao nível clássico. Ambos os formalismos são quantizados e as regras de Feynman correspondentes são obtidas. Para verificar a equivalência ao nível quântico são calculados os diagramas de Feynman de 1-loop à temperatura zero e à temperatura finita, onde é usado o formalismo do tempo imaginário para estudar o comportamento à altas temperaturas. Neste regime é verificado a equivalência das auto-energias dos bósons de gauge, assim como o fato dos demais diagramas possuírem uma dependência subdominante na temperatura equivalente ao o mesmo tipo de divergência logarítmica dos diagramas à temperatura zero. This work deals with gauge theories in the first-order formalism, in particular, the Yang-Mills theory. It is shown that the first and second-order formalisms of the Yang-Mills theory are equivalent at the classic level. Both formalisms are quantized and the corresponding Feynman rules are obtained. To verify equivalence at the quantum level, one-loop Feynman diagrams are computed at both zero and finite temperature, where imaginary time formalism is used to study the high-temperature behaviour. In this regime, we verify the equivalence of the gauge bosons self-energies, as well as the fact that the other diagrams have a subdominant temperature dependence, which has the same type of logarithmic temperature dependence as the divergent part at zero temperature.

O Modelo Padrão (MP) da física de partículas fornece uma descrição extremamente bem sucedida de todos os dados experimentais atuais. No entanto, temos razões para esperar que ele não seja válido até escalas de energia arbitrariamente altas. No MP a massa do bóson de Higgs é quadraticamente sensível a correções radiativas, sofrendo de grandes problemas de ajuste fino. Isso gera o chamado problema da hierarquia de gauge, cuja solução natural requer nova física na escala TeV. O MP também não fornece nenhuma explicação para a grande hierarquia de massas e ângulos de mistura dos férmions. Os problemas de hierarquia podem ser resolvidos naturalmente em teorias com uma dimensão extra curva. No entanto, a sua versão mais simples viola sabor a nível árvore, em conflito com os dados. Nesta tese investigaremos modelos quadridimensionais que descrevem a física na escala TeV obtidos da discretização de teorias em cinco dimensões no espaço AdS5, segundo o procedimento de desconstrução dimensional. As hierarquias de gauge e das massas dos férmions são geradas naturalmente como no modelo extra-dimensional, satisfazendo ainda os vínculos de sabor e de precisão eletrofraca. Estudaremos também um modelo desconstruído em que o Higgs é um pseudo bóson de Nambu-Goldstone, a fim de obter um Higgs naturalmente leve e dinamicamente localizado The Standard Model (SM) of particle physics provides an extremely successful description of all current experimental data. However, we have reasons to expect that it cannot be valid up to arbitrarily high energy scales. In the SM the Higgs boson mass is quadratically sensitive to radiative corrections and, hence, suffers from a severe fine-tunning problem. This creates the so-called gauge hierarchy problem, the natural solution of which requires new physics at the TeV scale. The SM also doesnt provide any explanation for the large hierarchy of fermion masses and mixing angles. The hierarchy problems can be naturally solved in theories with a warped extra dimension. However, their simplest version violates flavor at tree level, conflicting with experimental data. In this thesis we investigate four dimensional models that describe physics at the TeV scale obtained from a coarse discretization of five dimensional theories in AdS5 space, by the dimensional deconstruction procedure. The gauge as well as the fermion mass hierarchies are naturally generated in the same manner as in the extra-dimensional model, while also satisfying bonds from flavor physics and precision electroweak data. We also study a deconstructed model in which the Higgs is a pseudo Nambu-Goldstone boson, with the motivation of obtaining a naturally light and localized Higgs.

Nesta dissertação estudamos o modelo de Chern-Simons na teoria de calibre e na gravitação. Para tanto, estudamos o problema de férmions interagindo num primeiro momento com um campo eletromagnético e num segundo momento, com um campo gravitacional. Introduzimos, em ambos os casos, um campo de fundo que quebra a simetria de Lorentz. Fizemos o cálculo da ação efetiva pelo método do tempo próprio de Schwinger, na aproximação de um laço e determinamos a ação efetiva, que contém os termos induzidos de Chern-Simons. In this dissertation, we studied the Chern-Simons model in the gauge and the gravitation theories. So, we study the problem of fermions interacting, in a first moment, with a electromagnetic field and in a second moment, with a gravitational field. We introduced in the interaction lagragian, for both cases, a background field which break the Lorentz symmetry. We did the effective action calculus by the Schwinger proper time method, in the one loop approximation and we determined the effective action which the induced Chern-Simons terms.

O modelo padrão da física de partículas descreve com sucesso as interações eletrofracas e fortes da natureza, pois suas previsões estão de acordo com os dados experimentais. Nesse trabalho estudamos a fenomenologia desse modelo para aprodução de léptons da quarta geração. Argumentamos que embora as seções de choque para esses processos sejam pequenas, da ordem de 30fb, eles são a melhor alternativa para observar uma quarta geração de férmions acoplada com os modos excitados dos bósons de KK, sendo a observação desse sinal necessária para corroborar esse modelo de quebra da simetria eletrofraca. In this paper we study the phenomenology of this model for the production of leptons of the fourth generation. We argue that although the cross sections for these processes are small, or order 30fb, they are the best way to see a fourth generation of fermions coupled with the modes of excited bosons KK, and the observation of this signal required to support this model electroweak symmetry breaking.

Neste trabalho estudamos uma nova classe de superpotenciais em mecânica quântica supersimétrica, os quais denominamos de modulares, por serem funções do módulo da coordenada x. O superpotencial de partida proposto é da forma x |x|. Esta ideia permite tornar solúvel exatamente, a energia zero, um incontável número de potenciais gerados por estas funções no âmbito da mecânica quântica supersimétrica. Exploramos algumas aplicações para estes superpotenciais, com ênfase para uma representação da molécula de amônia supersimétrica e, em particular, mostramos que um sistema muito estudado na literatura, gerado pelo superpotencial x 1/x, pode ser resolvido mais facilmente recorrendo-se à representação modular. Procuramos estudar as soluções exatas ou aproximadas - do espectro de energias dos Hamiltonianos parceiros supersimétricos utilizando metodologias adequadas ao respectivo caso, incluindo-se o conhecido potencial x4, sendo que o método variacional de coeficientes de funções foi o que melhor se adaptou ao estudo. Este método, pouco utilizado até o momento na literatura, permitiu não apenas resolver com excelente aproximação os primeiros níveis do sistema em estudo, como também comprovou a supersimetria do sistema modular. Mostramos também que em sistemas quânticos supersimétricos, a equação de Schroedinger pode ser colocada na forma da equação de Sturm-Liouville e apresentar soluções de polinômios ortogonais, sendo que a função-peso de tais polinômios é gerada pelo superpotencial. Uma breve abordagem da simetria PT envolvendo diretamente o potencial por nós proposto também foi investigada, e mostramos que o sistema é equivalente a um Hamiltoniano não Hermitiano com potencial V(z) = (z4). In this work we study a new class of superpotentials in supersymmetric quantum mechanics, which we call modular because of their dependence on the modulus of the x coordinate. The starting superpotential is of the form x |x|. This idea helps make exactly solvable, at zero energy, several potentials generated by these functions in the context of supersymmetric quantum mechanics. We explore some applications for these superpotenciais, with emphasis on a representation of the supersymmetric ammonia molecule and, in particular, we show that a system generated by the superpotential x-1/x, widely studied in the literature, can be solved more easily making use to the modular representation. We also seek for spectral solutions exact or approximated - of the partners Hamiltonians based on the exact ground state wave function of zero energy including the conventional x4 potential. The use of the variational method of functions coefficients. These methods, rarely used to date in the literature, allowed not only solve with excellent approximation the first levels of the system under study, but also proved the supersymmetry of the modular system. The results were compared with others found in the literature. We also show that for supersymmetric quantum systems, the Schroedinger equation can be put in a form of the Sturm-Liouville equation, and so, orthogonal polynomials solutions can be find through a weight-function generated by the superpotential. A brief overview of the PTsymmetry of the system directly involving a modular model proposed was also investigated, and we show that this system is equivalent to the non-Hermitian Hamiltonian one with potential V (z) = z4.

O Modelo Padrão das partículas elementares descreve com sucesso as interações eletrofracas e fortes, mostrando-se consistente com os dados experimentais disponíveis. Entretanto, há diversas questões que não são respondidas pelo mesmo, entre elas, o problema da hierarquia de gauge e o problema associado à origem das massas dos férmions. Ambos podem ser solucionados de forma natural em teorias com uma dimensão extra curva. No entanto, essas teorias violam sabor em primeira ordem de teoria de perturbações e são não renormalizáveis. Nesta dissertação utilizamos técnicas de desconstrução dimensional para resolver os problemas da hierarquia de gauge e da hierarquia de massas dos férmions com mínima violação de sabor em um modelo puramente quadridimensional. The Standard Model of elementary particles describes the electroweak and strong interactions, and its predictions have successfully matched existing experimental data. However, there are some issues that are not addressed by this model, such as the gauge hierarchy problem and the origin of fermion masses. Both problems can be solved naturally using Warped Extra Dimensions. On the other hand, these theories are flavor-violating in tree level and are non-renormalizable. In this dissertation we apply dimensional deconstruction techniques to solve the gauge hierarchy problem and the fermion masses hierarchy problem achieving minimal flavor violation in a purely four-dimensional model

Usando as Regras de Soma da QCD, testamos se a nova estrutura estreita, X(4350) recentemente observada pela Colaboração Belle, pode ser descrita como um estado molecular D8D80 exótico JPC = 1+. Consideramos as contribuições dos condensados de dimensão oito, trabalhamos com os termos dominantes em 8 mantendo os termos lineares na massa do quark estranho m8. A massa obtida é igual a mD8D80 = (5.05±0.19) GeV. Consideramos também uma corrente molecular 1+, DD0 e obtemos mDD0 = (4.92 ± 0.08) GeV. Concluímos que não é possível descrever a estrutura X(4350) como um estado molecular 1+ D8D80. Using the QCD sum rules we test if the new narrow structure, the X(4350) recently observed by the Belle Collaboration, can be described as a JPC = 1+ exotic D8D80 molecular state. We consider the contributions of condensates up to dimension eight, we work at leading order in s and we keep terms which are linear in the strange quark mass ms. The mass obtained for such state is mD8D80 =(5.05 ± 0.19) GeV. We also consider a molecular 1+, DD0 current and we obtain mDD0 = (4.92 ± 0.08) GeV. We conclude that it is not possible to describe the X(4350) structure as a 1+ D8D80 molecular state.

Nesta dissertação, estudamos implicações geradas pela quebra da simetria de Lorentz na Eletrodinâmica Quântica. Analisamos férmions interagindo com um campo eletromagnético nos contextos da mecânica quântica e ao efetuar correções radiativas. Na mecânica quântica, os termos de quebra da simetria de Lorentz foram tratados como perturbações à equação de Dirac, e seus valores esperados no vácuo foram obtidos. Nas correções radiativas, a quebra da simetria de Lorentz foi introduzida nessa interação para que o termo tipo Chern-Simons pudesse ser induzido em (3+1) dimensões. Também discutimos as consequências geradas por este termo sobre as velocidades de propagação de fótons clássicos. In this dissertation, we study the implications generated by the Lorentz breaking symmetry in quantum electrodynamics. We analyze fermions interacting with an electromagnetic field in the contexts of quantum mechanics and we make radiative corrections. In quantum mechanics, the terms of the Lorentz breaking symmetry were treated as perturbations to the Dirac equation, and their expected values were obtained in a vacuum. In the radiative corrections, the Lorentz breaking symmetry was introduced in this interaction for the Chern-Simons like term could be induced in (3 +1) dimensions. We also discussed the consequences generated by this term on the propagation speeds of classic photons.