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In this project we studied how Category Theory can be used in the formulation of Algebraic Quantum Field Theory in curved spacetimes and how the Reeh-Schlieder property translates to general curved spacetimes. Category Theory concepts such as functors, natural transformations and natural equivalences are used in the definition of a Locally Covariant Quantum Field Theory, that arose in a context in which it was of interest to generalize Axiomatic Quantum Field Theory to curved spacetimes taking into consideration the ideas of locality and covariance. In fact, a Locally Covariant Quantum Field Theory is defined as a covariant functor, which can be related to another Locally Covariant Quantum Field Theory by a natural transformation. The equivalence between theories then becomes clear if this natural transformation is an isomorphism. Furthermore, the Reeh-Schlieder theorem is of great significance in the realm of Quantum Field Theory, since it provides a great deal of properties for the vacuum state and it has relevance in justifying applications of Tomita-Takesaki modular theory in Quantum Field Theories. It has already been proven that states with a weak form of the Reeh-Schlieder property always exist in general curved spacetimes. This was accomplished using the spacetime deformation technique and assuming the time-slice axiom in a Locally Covariant Quantum Field Theory. Neste projeto estudamos como a Teoria de Categorias pode ser usada na formulação da Teoria Quântica de Campos Algébrica em espaços-tempos curvos e como a propriedade de Reeh-Schlieder é transportada para espaços-tempos curvos gerais. Conceitos da Teoria de Categorias como funtores, transformações naturais e equivalências naturais são usados na definição de uma Teoria Quântica de Campos Localmente Covariante, que surgiu em um contexto em que se tinha interesse em generalizar a Teoria Quântica de Campos Axiomática para espaços-tempos curvos levando em consideração as ideias de localidade e covariância. De fato, uma Teoria Quântica de Campos Localmente Covariante é definida como um funtor covariante, que pode ser relacionado com outra Teoria Quântica de Campos Localmente Covariante por meio de uma transformação natural. A equivalência entre teorias se torna clara se essa transformação natural é um isomorfismo. Ademais, o teorema de Reeh-Schlieder possui grande importância no contexto da Teoria Quântica de Campos, visto que ele fornece várias propriedades do estado de vácuo e possui relevância na justificativa para aplicar a teoria modular de Tomita-Takesaki em Teorias Quânticas de Campos. Já foi provado que estados com uma forma fraca da propriedade de Reeh-Schlieder sempre existem em espaços-tempos curvos gerais. Isso foi realizado por meio da técnica de deformação do espaço-tempo e assumindo o axioma da fatiação temporal em uma Teoria Quântica de Campos Localmente Covariante.

A tese introduz uma generalização do Modelo Duplo Quântico (QDM) utilizando uma estrutura algébrica chamada de Hopf group coálgebra. A nova classe de modelos é chamada de Modelo de Duplo Quântico de Grupo (G-QDM). O modelo QDM é um modelo exatamente solúvel realizado sobre uma rede 2D, obtida discretizando uma superfície orientada. O espaço de Hilbert é expresso por um sistema à muitos corpos, com grãus de liberdade associados às arestas da rede. A dinâmica, dada por um Hamiltoniano local, é construída por operadores agindo sobre primeiros vizinhos. Uma quantidade importante do QDM é a degenerescência do estado fundamental (GSD), que depende da topologia da superfície. Em outras palavras, para o QDM a GSD é um invariante quântico topológico. Mostramos uma nova prova do invariante introduzindo um novo formalismo com diagramas. No G-QDM generalizamos a teoria acrescentando elementos de um grupo finito G às arestas da rede. Isso pode ser interpretado como um campo de gauge externo definido sobre a rede. Ao contrario do QDM, o GSD do G-QDM depende de mais informação que só da topologia da superfície. Nsse caso o GSD é sensível ao campo de gauge externo aplicado na rede. Consequentemente o GSD não é mais um invariante topológico da superfície. No presente trabalho conseguimos demonstrar que o GSD é invariante por transformações locais do campo externo e por difeomorfismos da superfície. Calculamos o invariante numérico em exemplos específicos. This thesis introduces a generalization of the Quantum Double Model (QDM) using an algebraic structure called Hopf group coalgebra. We called the new class of models Group Quantum Double Model (G-QDM). The QDM is an exactly solvable model realized on a 2D lattice, made by discretizing an oriented surface. The Hilbert space expresses a quantum many body system, with independent degrees of freedom associated to the links of the lattice. The dynamics, given by a Hamiltonian, is constructed from operators acting on first neighbors. One important quantity of the QDM is the ground state degeneracy (GSD), which depends on the topology of the surface. In other words, for the QDM the GSD is a topological quantum invariant. We show a new proof of the invariant using a new diagrammatic formalism. In the G-QDM we generalize the theory by adding to the links of the lattice non-dynamical elements of a finite group G. This is interpreted as an external gauge field defined on the surface. Contrary to the QDM, the GSD of the G-QDM depends on more data than the topology of the surface. In this case the GSD is sensible to the external gauge field applied to the lattice. Therefore GSD is no longer a topological invariant of the surface. In the present work we achieved to show that the GSD in the G-QDM is invariant under local transformations of the external gauge field and under diffeomorphisms of the surface. We calculate the numerical invariant for specific examples.

Consideramos um sistema de equações diferenciais ordinárias com uma matriz A de coeficientes constantes perturbada por uma matriz Q(t) de coeficientes quasi-periódicos no tempo. Além disso, as matrizes A e Q(t) são anti-Hermitianas. No contexto da Física, essa é a equação de Schrödinger para um sistema quântico de dois níveis na presença de um potencial quase-periódico no tempo. Nesta dissertação, estudamos o problema de redutibilidade para essa equação, ou seja, investigamos sob quais condições sobre A e Q(t) a solução dessa equação é quase-periódica. Além da questão matemática, esse problema despertou interesse recentemente no contexto do caos quântico. Primeiramente, vamos formular o problema de redutibilidade em um contexto geral e analisar duas situações particulares: os sistemas periódicos e as equações escalares quase-periódicas. Em seguida, vamos discutir alguns resultados de redutibilidade presentes na literatura. Por fim, vamos demonstrar dois teoremas de redutibilidade para o sistema acima, seguindo trabalhos da literatura. No primeiro, vamos usar um procedimento tipo KAM para controlar os pequenos denominadores. No segundo, vamos combinar o procedimento KAM com o Teorema da Aplicação Inversa. We considered a system of ordinary differential equations with a constant coefficient matrix A perturbed by a quasi-periodic matrix Q(t). We assumed that A and Q(t) are skew-Hermitian. In Physics, this is the Schrödinger equation for a two-level system in the presence of a potential quasi-periodic in time. In this dissertation we study the reducibility problem for this equation, that is, we investigate under which conditions on A and Q(t) the solution to this equation is quasi-periodic. In addition to the mathematical interest on the problem, this type of model have received attention recently in the study of \"quantum chaos\". Firstly, we will formulate the reducibilty problem in a general context and analyze two particular situations: periodic systems and scalar systems. Secondly, we will discuss some results about reducibility available in the literature. Finally, we will prove two theorems about reducibility for the above system using methods available in the literature. In the first theorem, we will use a KAM type procedure to control small denominators. In the second, we will combine the KAM procedure with the inverse function theorem.

Simetrias compõe parte integral da análise na Teoria das Matrizes Aleatórias (RMT). As simetrias de inversão temporal e rotacional são aspectos-chave do Ensemble Gaussiano Ortogonal (GOE), enquanto esta última é quebrada no Ensemble Gaussiano Simplético (GSE) e ambas são quebradas no Conjunto Unitário Gaussiano (GUE). Desde o final da década de 1990, o crescente interesse no campo dos sistemas quânticos PT-simétricos levou os pesquisadores a considerar o efeito, em matrizes aleatórias, dessa classe de simetrias, bem como simetrias pseudo-hermitianas. A principal questão a ser respondida pela pesquisa apresentada nesta tese é se a simetria PT ou, de forma mais geral, a pseudo-Hermiticidade implica alguma distribuição de probabilidade específica para os autovalores. Ou, em outras palavras, se há um aspecto comum transmitido por tal simetria que pode ser usada para modelar alguma classe particular de sistemas físicos. A abordagem inicial considerada consistiu na introdução de um conjunto pseudo-hermitiano, isospectral ao conjunto -Hermite, que apresentaria o tipo de quebra de realidade típico dos sistemas PT-simétricos. Nesse modelo, a primeira abordagem adotada foi a introdução de perturbações que quebraram a realidade dos espectros. Os resultados obtidos permitem concluir que a transformação em seu similar pseudo-hermitiano conduz a um sistema assintoticamente instável. Esse modelo foi extendido ao considerar um pseudo-hermitiano não positivo, que leva a uma quebra similar na realidade dos espectros. Este caso apresenta um comportamento mais próximo do típico dos sistemas PT-simétricos presentes na literatura. Um modelo denso geral baseado em projetores foi proposto, e duas realizações particulares deste modelo receberam atenção mais detalhada. O comportamento espectral também foi similar àquele típico da simetria PT para as duas realizações consideradas, e seus limites assintóticos foram conectados a conjuntos clássicos de teoria de matriz aleatória. Além disso, as propriedades de seus polinômios característicos médios foram obtidas e os limites assintóticos desses polinômios também foram considerados e relacionados a polinômios clássicos. O comportamento estatístico deste conjunto foi estudado e comparado com o destes polinômios. Impor a pseudo-Hermiticidade não parece implicar qualquer distribuição particular de autovalores, sendo a característica comum a quebra da realidade dos autovalores comumente encontrados na literatura de simetria PT. O resultado mais notável dos estudos apresentados nesta tese é o fato de que uma interação pseudo-hermitiana pode ser construída de tal forma que o comportamento espectral médio possa ser controlado calibrando-se o mecanismo de interação, bem como sua intensidade. The role of symmetries is an integral part of the analysis in Random Matrix Theory (RMT). Time reversal and rotational symmetries are key aspects of the Gaussian Orthogonal Ensemble (GOE), whereas the latter is broken in the Gaussian Sympletic Ensemble (GSE) and both are broken in the Gaussian Unitary Ensemble (GUE). Since the late 1990s, growing interest in the field of PT symmetric quantum systems has led researchers to consider the effect, in random matrices, of this class of symmetries, as well as that of pseudo-Hermitian symmetries. The primary question to be answered by the research presented in this thesis is whether PT-symmetry or, more generally, pseudo-Hermiticity implies some specific probability distribution for the eigenvalues. Or, in other words, whether there is a common aspect imparted by such a symmetry which may be used to model some particular class of physical systems. The initial approach considered consisted of introducing an pseudo-Hermitian ensemble, isospectral to the -Hermite ensemble, which would present the type of reality-breaking typical of PT-symmetrical systems. In this model, the first approach taken was to introduce perturbation which broke the reality of the spectra. The results obtained allow the conclusion that the transformation into its pseudo-Hermitian similar leads into a system which is asymptotically unstable. An extension of this model was to consider a non-positive pseudo-Hermitian , which lead to similar breaking in the reality of the spectra. This case displays behavior closer to that typical of the PT-symmetric systems present in the literature. A general dense projector model was proposed, and two particular realizations of this model were given more detailed attention. The spectral behavior was also similar to that typical of PT-symmetry for the two realizations considered, and their asymptotic limits were shown to connect to classical ensembles of random matrix theory. Furthermore, the properties of their average characteristic polynomials were obtained and the asymptotic limits of these polynomials were also considered and were related to classical polynomials. The statistical behavior of this ensemble was studied and compared to that of these polynomials. Imposing the pseudo-Hermitian does seem not imply any particular eigenvalue distribution, the common feature being the breaking of the reality of the eigenvalues commonly found in PT-symmetry literature. The most notable result of the studies presented herein is the fact that a pseudo-Hermitian interaction may be constructed such that the average spectral behavior may be controlled by calibrating the mechanism of interaction as well as its intensity.

Há duas brechas quânticas nos Teoremas da Singularidade em Relatividade Geral: violações das condições clássicas de energia e flutuações quânticas da geometria do espaço-tempo. Nesta dissertação, estudamos a primeira brecha e abordamos os Teoremas da Singularidade através da condição de energia. Revisamos a abordagem algébrica de Teoria Quântica de Campos para o campo de Klein-Gordon e, neste formalismo, revisamos a derivação de uma desigualdade quântica de energia para os estados de Hadamard em espaços-tempos globalmente hiperbólicos. Apesar das desigualdades quânticas de energia não poderem ser aplicadas diretamente nos Teoremas de Singularidade, mostramos que generalizações dos Teoremas de Hawking e Penrose são provadas considerando condições de energia enfraquecidas inspiradas por elas. Assim sendo, os Teoremas de Singularidade continuam valendo se considerarmos efeitos quânticos sutis. A questão de se efeitos de interação ou efeitos de ``backreaction\'\' poderiam quebrá-los ainda está em aberto; há razões para se esperar ambas as respostas. There are two quantum loopholes in the Singularity Theorems of General Relativity: violations of the classical energy conditions and quantum fluctuations of the spacetime geometry. In this dissertation, we study the first loophole and approach Singularity Theorems through the energy condition. We review the algebraic approach of Quantum Field Theory for the Klein-Gordon field and, within it, we review the derivation of a quantum energy inequality for Hadamard states on globally hyperbolic spacetimes. However quantum energy inequalities cannot be directly applied to Singularity Theorems, we show that generalized Hawking and Penrose Theorems are proven considering weakened energy conditions inspired by them. Hence, Singularity Theorems do hold under subtle quantum effects. The question of whether interaction or backreaction effects could break them is still open; there are reasons to expect both answers.

We extend the theory of perturbations of KMS states to some class of unbounded perturbations using noncommutative Lp-spaces. We also prove certain stability of the domain of the Modular Operator associated to a ||.||p-continuous state. This allows us to define an analytic multiple-time KMS condition and to obtain its analyticity together with some bounds to its norm. The main results are Theorem 5.1.15, Theorem 5.1.16 and Corollary 5.1.18. Apart from that, this work contains a detailed review, with minor contributions due to the author, starting with the description of C*-algebras and von Neumann algebras followed by weights and representations, a whole chapter is devoted to the study of KMS states and its physical interpretation as the states of thermal equilibrium, then the Tomita-Takesaki Modular Theory is presented, furthermore, we study analytical properties of the modular operator automorphism group, positive cones and bounded perturbations of states, and finally we start presenting multiple versions of noncommutative Lp-spaces. Apresentamos uma extensão da teoria de perturbações de estados KMS para uma classe de operadores ilimitados através dos espaços Lp não-comutativos. Além disso, provamos certa estabilidade do domínio do Operador Modular de um estado ||.||p-contínuo o que nos permite escrever a condições KMS para tempos múltiplos e obter sua analiticidade junto com majorantes para sua norma. Os principais resultados são o Teorema 5.1.15, o Teorema 5.1.16 e o Corolário 5.1.18. Além disso, nesse trabalho fazemos uma detalhada revisão, com contribuições menores devidas ao autor, começamos com uma descrição de álgebras C* e álgebras de von Neumann, seguida por pesos e representações, um capítulo inteiro é dedicado ao estudo de estados KMS e sua interpretação como estados de equilíbrio térmico, depois apresentamos a Teoria Modular de Tomita-Takesaki, além disso, estudamos as propriedades de analiticidade do grupo de automorfismo modular, cones positivos e perturbações de estados e finalmente, começamos a apresentar múltiplas versões dos espaços Lp não comutativos.

Ordem topológica descreve fases da matéria que não são caracterizadas apenas pelo esquema de quebra de simetria de Landau. Em 2-dimensões ordem topológica é caracterizada, entre outras propriedades, pela existência de uma degenerescência do estado fundamental que é robusta sobre perturbações locais arbitrarias. Com o proposito de entender o que caracteriza e classifica ordem topológica 3-dimensional o presente trabalho apresenta um modelo quântico exatamente solúvel em 3-dimensões que generaliza os modelos em 2-dimensões baseados em teorias de gauge. No modelo proposto o grupo de gauge é substituído por um 2-grupo. A Hamiltonia, que é dada por uma soma de operadores locais, é livre de frustrações. Provamos que a degenerescência do estado fundamental nesse modelo é dado pelo invariante de Yetter da variedade 4-dimensional Sigma × S¹, onde Sigma é a variedade 3-dimensional onde o modelo está definido. Topological order describes phases of matter that cannot be described only by the symmetry breaking theory of Landau. In 2-dimensions topological order is characterized, among other properties, by the presence of a ground state degeneracy that is robust to arbitrary local perturbations. With the purpose of understanding what characterizes and classify 3-dimensional topological order this works presents an exactly soluble quantum model in 3-dimensions that generalize 2-dimensional models constructed using gauge theories. In the model we propose the gauge group is replaced by a 2-group. The Hamiltonian, that is given by a sum of local commuting operators, is frustration free. We prove that the ground state degeneracy of this model is given by the Yetters invariant of the 4-dimensional manifold Sigma × S¹, where Sigma is the 3-dimensional manifold the model is defined.

A teoria de representações de grupos topológicos Hausdorff, localmente compactos e separáveis em espaços de Hilbert separáveis é introduzida, especificada para grupos compactos e comutativos e são obtidas realizações explicitas das representações finitas irredutíveis de $SU(2)$, $SO(3)$, SL(2,C) e $SO(1,3)^{\\uparrow}$. A teoria das representações induzidas é então apresentada e, depois de feita a conexão entre teorias quântico relativísticas livres no espaço plano de Minkowski e representações unitárias irredutíveis de $R^4 times$ SL(2,C), aplicada para obter tais representações e realizar explicitamente os casos correspondentes a partículas elementares com spin definido em espaços que não admitem a definição de operadores de reflexão espacial. A inclusão da operação de reflexão espacial é feita através de uma variação do método das representações induzidas que conduz a representações unitárias {\\bf redutíveis} de $R^4 times$ SL(2,C) para as quais são obtidas equações de onda selecionando espaços irredutíveis, os quais definem partículas elementares admitindo paridade no contexto das teorias quânticas de campos livres. The theory of locally compact, second countable and Hausdorff topological group representations in separable Hilbert spaces is introduced, and specified to compact and commutative groups. Explicit realizations of the finite irreducible representations of $SU(2)$, $SO(3)$, SL(2,C) and $SO(1,3)^{\\uparrow}$ are obtained. The theory of induced representations is then presented and, after the connection between quantum relativistic free theories in flat Minkowski space and unitary irreducible representations of $R^4 times$ SL(2,C) is made, it is applied and used to classify these representations. Explicit realizations of the cases corresponding to elementary particles with definite spin in spaces which do not allow spacial reflection operators are presented. Spacial reflections are carried with a variation of the induced representation method that leads to unitary {\\bf reducible} representations of $R^4 times$ SL(2,C). Wave equations selecting irreducible spaces that define elementary particles admitting parity in quantum free field theories are derived.

Uma das propriedades mais marcantes de partículas que obedecem a dinâmica quântica é o fato de partículas do mesmo tipo (como dois elétrons, por exemplo) serem indistinguíveis. Em três dimensões, essas partículas podem ser separadas em dois grupo distintos - férmions ou bósons - não havendo uma terceira opção. A razão para isso é topológica, ou seja, depende exclusivamente da topologia do espaço. Em duas dimensões, entretanto, existem partículas que obedecem a regras estatísticas fracionárias, ou estatísticas ainda mais bizarras ditas não-abelianas, em que uma simples troca de dois anyons idênticos representa uma transformação unitária na função de onda do sistema ao invés de uma simples fase. Partículas que obedecem essas regras estatística não-usuais recebem o nome de anyons. Da mesma forma como a topologia do espaço em três dimensões dita as possíveis regras estatísticas que as partículas podem obedecer, a estatística aniônica está fortemente relacionando à topologia do espaço e, portanto, sistemas aniônicas são muitas vezes usados para descrever fases topológicas presentes em alguns sistemas bidimensionais. Neste trabalho apresentaremos alguns aspectos gerais de sistemas aniônicos - livres de modelo - e analisaremos alguns modelos de muitos corpos na rede que permitem descrever anyons como excitação de quasi-partícula. A principal classe de modelo que iremos analisar é a classe do modelo duplo quântico (MDQ) - que é um modelo quântico em (2+1)D cujos graus de liberdade são elementos de um grupo G (finito) vivendo nas arestas de uma rede e cuja dinâmica é descrita por uma hamiltoniana de muitos corpos. O MDQ é um modelo já bem estudado e conhecido na literatura; neste trabalho, porém, será apresentada uma formulação alternativa para o mesmo, a qual desempenha dois papeis importantes nesta tese. O primeiro deles é de mostrar que o MDQ pode ser obtido a partir da deformação de um invariante topológico; o que, por sua vez, ajuda a reconhecer a ordem topológica presente no modelo. O segundo papel importante é mostrar que essa formulação leva também a uma hamiltoniana de muitos corpos que representa uma generalização da hamiltoniana do MDQ. Alguns desses novos modelos permitem descrever sistemas aniônicos que não podem ser descritos pelo modelo duplo quântico usual. Em outras palavras, o modelo generalizado que será apresentado neste trabalho permite descrever diferentes fases topológicas partindo da deformação de um mesmo invariante topológico. One of the most interesting properties of quantum particles is the indistinguishability of particles of the same kind (as for example two electrons). On three dimensions these particles are known to be either fermions or bosons depending on their statistical behaviour. The reason for that is topology, in other words these two possible statistics are due to the space topology. However, on two dimensions there are particles called anyons which are neither fermion nor boson; they may obey a fractional statistic or a even more weird non-abelian statistic - where a single exchange of two identical anyons a unitary transformation on the wave function instead of just acquiring a phase factor. As well as the usual fermionic and bosonic statistic, the anyonic statistic depends strongly on the space topology and thus anyonic systems are often used to describe topological phases of matter of two dimensional systems. In this work we are going to show some general (model free) aspects of anyonic systems and also analyse some many body systems that describe anyons as quasi-particle excitations. We will mostly study a class of model called quantum double models (QDMs). Quantum double models are (2+1)D models where the degrees of freedom are elements of a group G living on the edges of lattice and the dynamic is given by a many body hamiltonian. The QDM is a well known and studied model on the literature, however in this work we are going to show an alternative construction for QDMs which will play two very important roles in this thesis. First, it will allows us to obtain the QDMs from deforming a topological invariant, and that helps to easily identify the topological order on this model. Besides, one can also obtain a many body hamiltonian that represents a generalization of the the QDM hamiltonian. Some of these new models describe anyonic systems other than the ones that can be described by usual QDM. In other words, this new construction leads to a many body hamiltonian that can describe both quantum double models and generalizations of it as particular cases.

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre. In this thesis we present a both mathematical and conceptually rigorous quantization method for the neutral scalar field free of interactions. Initially, we introduce some aspects of the Theory of Distributions and we establish some points of Lorentzian geometry. The rest of the work is divided in two parts: in the first one, we study wave equations on globally hyperbolic Lorentzian manifolds, hence presenting the concept of fundamental solutions within the context of locally defined wave equations. Next, we progressively construct fundamental solutions for the wave operator from the Riesz distribution. Once established a solution to the wave equation in a neighbourhood of a point of the manifold, we move forward to produce a global solution from the extension of the Cauchy problem to the whole manifold. At this stage, fundamental solutions are replaced by Green\'s operators by the imposition of appropriate boundary conditions. In the last part, we present a minimum on the Theory of Categories and Functors. This is followed by the use of this formalism in the development of a second-quantization functor between the category of Lorentzian globally hyperbolic manifolds and the category of nets of C*-algebras obeying Haag-Kastler axioms. Finally, we turn our attention to the particular case of the quantum free scalar field.

Nesse trabalho estudamos as classes de Gevrey e as ultradistribuições em grupos de Lie compactos, que é a generalização natural do toro no contexto de análise de Fourier. Para tal utilizamos a teoria de vetores Gevrey. Fazemos a caracterização dessas classes via o comportamento da transformada de Fourier como em [DR14], utilizando o operador de Laplace-Beltrami associado à uma métrica específica. Por final fazemos uma aplicação dessa caracterização em um problema de hipoelipticidade global como em [GW73]. In this work we study the Gevrey class of functions and ultrudistribuitions on compact Lie groups, which is the most natural generalization of the torus in the context of Fourier analysis. For such we used the theory of Gevrey vectors. We get a characterization of such class by the behaviour of the Fourier transform, as in [DR14], using the Laplace-Beltrami operator associated to a specific metric. At the end we give an aplication of this characterization in a global hypoellipticity problem as in [GW73].

A partir de uma versão análoga ao operador de Newton-Wigner construída para o espaço de de Sitter bidimensional, provamos que a noção de localização de Newton-Wigner também existe para o caso tridimensional. Identificamos o subespaço de uma partícula da teoria, gerado pelos modos positivos de energia da solução da equação de Klein-Gordon em coordenadas esféricas, com uma representação irredutível do grupo de de Sitter. Tais modos são compatíveis com o vácuo de Bunch-Davies e portanto eles satisfazem a condição de Hadamard. Generalizamos para 2+1 dimensões a versão de de Sitter dos postulados de localização de Newton-Wigner, considerando-se ambas as séries principal e complementar. A evolução temporal do operador de Newton-Wigner foi obtida explicitamente, e para a série complementar a evolução é trivial, i.e, não há dinâmica. Também discutimos heurísticamente a ambiguidade de sinais existente quando não exigimos como postulado que as funções de Newton-Wigner sejam proporcionais às suas respectivas soluções na representação das soluções da equação de Klein-Gordon. From an analogue version of the Newton-Wigner operator built for the two-dimensional de Sitter space, we proved that the Newton-Wigner localization notion also exists for the three-dimensional case. We identified the one-particle subspace, generated by positive energy modes solution of the Klein-Gordon equation in spherical coordinates, with a irreducible representation of the de Sitter group. Such methods are compatible with the Bunch-Davies vacuum and thus satisfy the Hadamard condition. We generalized to 2+1 dimension the de Sitter version of the Newton-Wigner postulates considering both the principal and the complementary series. The time evolution of the Newton-Wigner operator was obtained explicitly and for the complementary series the evolution is trivial, i.e., there is no dynamics. Also we discussed heuristically the existing sign ambiguity when we do not require as postulate that the Newton-Wigner functions must be proportional to their respective solutions in the representation of solutions of the Klein-Gordon equation.

É fato sabido que, de todas as interações fundamentais da Natureza que conhecemos, a gravitacional é a que acopla mais fracamente com a matéria. Isso sugere que na maior parte dos processos físicos a força gravitacional desempenha papel diminuto. Por outro lado, na Teoria Quântica de Campos é atribuído ao estado de vácuo uma rica estrutura, a qual é indispensável para uma descrição consistente da Natureza. No entanto, implicações experimentais diretas dessa estrutura são muito sutis e requerem sistemas cuidadosamente projetados para serem observadas, como é o caso do Efeito Casimir. À luz dos fatos mencionados acima, é de se esperar que na fusão minimamente consistente entre Gravitação e Mecânica Quântica, a chamada Teoria Quântica de Campos em Espaços-tempos Curvos, efeitos relacionados a perturbação do vácuo pelo campo gravitacional sejam muito difíceis de serem observados. De fato, a despeito de sua importância conceitual, o efeito de evaporação de buracos negros é praticamente impossível de ser observado para sistemas astrofísicos. No curso deste doutoramento, todavia, foi mostrado que essa crença é falsa e que é possível que existam situações em que a evolução bem comportada do espaço-tempo força a densidade de energia de vácuo a tornar-se dominante sobre a densidade de energia clássica que gera o espaço-tempo de fundo. Uma vez despertado, o vácuo passaria a dirigir a evolução do sistema gravitacional, o que poderia ter consequências inesperadas em contextos astrofísicos. Qualquer que seja seu destino, é razoável esperar que a retroação do vácuo aja sobre o sistema gravitacional de forma a cessar as instabilidades. Com essa simples observação é possível concluir que quando o vácuo adormece novamente processos de criação de partículas em profusão podem ser engendrados. It is well known that the gravitational interaction is the weakest among the fundamental forces in Nature. This fact suggests that Gravity plays a minor part in the majority of physical process. On the other hand, in Quantum Field Theory a rich structure is attributed to the vacuum state, which is imperative for a consistent description of the more basic processes in Nature. Nevertheless, the direct experimental implications of this structure are very subtle and their observation requires specially designed systems, as in the case of the Casimir Effect. Therefore, it is reasonable to expect that effects related to the perturbation of the quantum vacuum by gravitational fields, described by the framework of Quantum Field Theory in Curved Space-times, would be hard to be observed. This is the case of the black hole evaporation effect. In spite of its conceptual importance, this effect is virtually impossible to be observed for astrophysical black holes. Notwithstanding, here it is argued that this belief is false and that there exist well-behaved space-time evolutions where the vacuum energy density of free quantum fields is forced by the very same background space-time to become dominant over the classical energy density. Once it has been awakened, the quantum vacuum would overrule the dynamics of the entire gravitational system, which may bear some unexpected astrophysical implications. Whatever turns out to be the fate of the system, it seems reasonable to conjecture that the vacuum backreaction will act in order to cease the quantum instabilities. Through this simple observation it is possible to conclude that when the vacuum falls dormant particles are released as consequence.

Na aproximação de potencial local (L\\downarrow1) a transformação de grupo de renormalização para o modelo O(N) de Heisenberg hierárquico é descrita por uma equação a derivadas parciais (EDP). Neste trabalho investigamos, na criticalidade (sistema à temperatura inversa crítica), a somabilidade da série de potências em 1/N que formalmente satisfaz essa EDP. In the local potential approximation (L\\downarrow1) the renormalization group transformation for the hierarchical O(N) Heisenberg model is described by a partial differential equation (PDE). In this work we investigate, at criticality (system at inverse critical temperature), the summability of the formal power series in 1/N which formally satisfies that PDE.

Neste trabalho buscamos caracterizar o espectro de uma classe de operadores bloco--Jacobi limitados definidos em $l^2(\\Lambda,\\mathbb{C}^L)$ ($\\Lambda: \\mathbb{Z}_+\\times\\{0,1,\\ldots,L-1\\}$ representa uma faixa de largura $L\\ge 2$ no semi--plano $\\mathbb{Z}_+^2$) e sujeitos a perturbações esparsas (no sentido que as distâncias entre as ``barreiras\'\' crescem geometricamente à medida que estas se afastam da origem) distribuídas aleatoriamente. Tais operadores são construídos a partir da soma de Kronecker de matrizes de Jacobi $J$, cada qual atuando em uma direção do espaço. Demonstramos, por meio da bloco--diagonalização do operador, que %o estudo de suas principais propriedades espectrais dependem da %se limita à caracterização da ``medida de mistura\'\' $\\frac{1}{L}\\sum_{j=0}^{L-1}\\mu_j$, $\\mu_j$ a medida espectral associada à matriz de Jacobi $J^j=J+2\\cos(2\\pi j/L)I $. Para tanto, buscamos primeiramente caracterizar cada uma das medidas $\\mu_j$, explorando e aperfeiçoando algumas técnicas bastante conhecidas no estudo de operadores esparsos unidimensionais. Demonstramos, por exemplo, que a seqüência de ângulos de Prüfer (variáveis que, juntamente com os raios de Prüfer, parametrizam as soluções da equação de autovalores) é uniformemente distribuída no intervalo $[0,\\pi)$, o %que %resultado que nos permite determinar o comportamento assintótico médio das soluções da equação de autovalores. Tal resultado, aliado às técnicas desenvolvidas por Marchetti \\textit{et. al.} em \\cite{MarWre} e a uma adaptação dos critérios de Last e Simon \\cite{LS} para operadores esparsos, nos permitem demonstrar a existência de uma transição aguda (pontual) entre os espectros singular--contínuo e puramente pontual. Empregamos em seguida os resultados de Jitomirskaya e Last presentes em \\cite{JitLast} e obtemos a dimensão Hausdorff exata associada à medida $\\mu_j$, dada por $\\alpha_j=1+\\frac{4(1-p^2)^2}{p^2(4- (\\lambda-2\\cos(2\\pi j/L))^2)}$ ($\\lambda\\in[-2,2]$), recuperando um resultado análogo obtido por Zlato\\v s em \\cite{Zla}. Por fim, adaptamos tais resultados à situação da medida de mistura associada à matriz bloco--Jacobi, obtendo $\\alpha=\\min_{j\\in\\mathcal{I}(\\lambda)}\\alpha_j$, $\\mathcal{I}(\\lambda):\\{m \\in\\{0,1,\\ldots,L-1\\}:\\lambda\\in[-2+2\\cos(2\\pi j/L),2+2\\cos(2\\pi j/L)]\\}$, como sua dimensão Hausdorff exata. Estudamos modelos idênticos com esparsidades sub e super-geométricas, obtendo na primeira situação um espectro puramente pontual (de dimensão Hausdorff nula) e na segunda um espectro puramente singular--contínuo (de dimensão Hausdorff 1). Finalmente, verificamos a existência de transição entre os espectros puramente pontual e singular--contínuo em um modelo com esparsidade super-geométrica cuja dimensão Hausdorff associada à medida espectral é nula. In this work we attempt to caracterize the spectrum of a class of limited block--Jacobi operators defined in $l^2(\\Lambda,\\mathbb{C}^L)$ ($\\Lambda: \\mathbb{Z}_+\\times\\{0,1,\\ldots,L-1\\}$ represents a strip of width $L\\ge 2$ on the semi--plane $\\mathbb{Z}_+^2$) subject to a sparse perturbation (which means that the distance between the ``barries\'\' grow geometrically with their distance to the origin) randomly distributed. Such operators are defined as Kronecker sums of unidimensional Jacobi matrices $J$, each one acting in different directions of the space. We prove, by means of a block--diagonalization of the operator, that %the study of its most relevant spectral properties depend on %is related to the caracterization of the ``mixture measure\'\' $\\frac{1}{L}\\sum_{j=0}^{L-1}\\mu_j$, $\\mu_j$ the spectral measure of the Jacobi matrix $J^j=J+2\\cos(2\\pi j/L)I$. For this, we must characterize at first each one of the measures $\\mu_j$, exploiting and improving some well known techniques developed in the study of unidimensional sparse operators. We prove, for instance, that the sequence of Prüfer angles (variables which parametrize the solutions of the eigenvalue equation) are uniform distributed on the interval $[0,\\pi)$, a result which gives us condition to determine the average asymptotic behavior of the solutions of the eigenvalue equation. Such result, in association with the techniques developed by Marchetti \\textit{et. al.} in \\cite{MarWre} and with an adaptation of Last--Simon \\cite{LS} criteria for sparse operator, permit us to prove the existence of a sharp transition between singular continuous and pure point spectra. Following on, we use the results from Jitomirskaya--Last of \\cite{JitLast} and obtain the exact Hausdorff dimension of the measure $\\mu_j$, given by $\\alpha_j=1+\\frac{4(1-p^2)^2}{p^2(4-(\\lambda-2\\cos(2\\pi j/L))^2)}$ ($\\lambda\\in[- 2,2]$), recovering an analogous result due to Zlato\\v s in \\cite{Zla}. At last, we adapt these results to the mixture measure of the block--Jacobi matrix, obtaining $\\alpha=\\min_{j\\in\\mathcal{I}(\\lambda)}\\alpha_j$, $\\mathcal{I}(\\lambda):\\{m \\in\\{0,1,\\ldots,L-1\\}:\\lambda\\in[-2+2\\cos(2\\pi j/L),2+2\\cos(2\\pi j/L)]\\}$, as its exact Hausdorff dimension. We study as well identical models with sub and super geometric sparsities conditions, obtaining a pure point spectrum (with null Hausdorff dimension) in the first case, and a purely singular continuous spectrum (such that its Hausdorff dimension is 1) in the second. Finally, we prove the existence of a transition between pure point and singular continuous spectra in a model with sub--geometric sparsity whose Hausdorff dimension related to the spectral measure is null.

Utilizando conceitos de macânica quântica e teoria cinética apresentamos uma rederivação da equação de Boltzmann para a polarização. Mostramos a equivalência entre a equação que derivamos e a equação de Boltzmann encontrada na literatura ( [1], [2], [3] ) além de mostrar que essas derivações correspondem a considerar-se o efeito, sobre a polarização dos fótons da radiação cósmica de fundo, de dois espalhamentos Thompson com elétrons durante recombinação. Conduzimo-nos, ainda, a descrever a polarização completamente no espaço real, como iniciado em [4] em um caso especial. Mostramos a possibilidade dessa conversão, recobramos a geometria que está associada ao estudo do problema no espaço real e verificamos satisfeitas as condições de causalidade. Applying concepts of quantum mechanics and kinetic theory we show a re-derivation of Boltzmann equation for the Cosmic Microwave Background (CMB) polarization. We show the equivalence between our derivation and those already known ( [1], [2], [3] ) and also that these derivations correspond to take into account the effect, on the photon polarization, of two Thompson scattering on electrons while decoupling from matter. We adress ourselves, then, to give a complete formalism for the CMB polarization problem in real space, as started in [4] in a special case. Besides the possibility of complete treatment of the problem in real space, we recover the geometry that describes it and that tha causal relations are satisfied.

Nesta tese apresentamos três problemas interligados: a quântização de teorias não-Lagrangianos, a mecânica quântica não-comutativa (MQNC) e a construção do produto estrela atravéz do ordenamento de Weyl. No contexto do primeiro problema foi elaborada uma abordagem da quantização canônica de sistemas com as equações de movimento não-Lagrangianas. Construímos um princípio da ação mínima para um sistema equivalente das equações diferenciais de primeira ordem. Existe uma ambiguidade não-trivial (que não se reduz a uma derivada total) na definição da função de Lagrange para os sistemas de equações de primeira ordem. Apresentamos uma descrição completa desta ambiguidade. O esquema proposto é aplicado para a quantização da teoria quadrática geral. Também foi construida a quantização do oscilador harmônico amortecido e da carga elétrica com radiação. No contexto da MQNC elaboramos uma formulação da integral de trajetória da MQNC relativística e construímos a generalização não-comutativa da ação da super-partícula. A quantização da ação proposta fornece as equações de Klein-Gordon e de Dirac nas teorias de campo não-comutativas. No contexto do terceiro problema desenvolvemos uma abordagem para a quantização por deformação no plano real com uma estrutura de Poisson arbitrária baseada no ordenamento simétrico dos produtos dos operadores. É formulado um procedimento iterativo simples e efetivo para a construção do produto estrela. Este procedimento nos permitiu calcular o produto estrela em ordens altas (em terceira e quarta ordens), algo que foi feito pela primeira vez. Exceto por uma análise da cohomologia, que não consideramos no artigo, o método proposto dá uma descrição explicita, na linguagem matemática usual da física, do produto estrela. We present here three interrelated problems: quantization of non-Lagrangian theories, noncommutative quantum mechanics (NCQM) and a constructions of the star product trough the the Weyl ordering. In the context of the first problem an approach to the canonical quantization of systems with non-Lagrangian equations of motion is proposed. We construct an action principle for an equivalent first-order equations of motion. There exists an ambiguity (not reducible to a total time derivative) in associating a Lagrange function with the given set of equations. We give a complete description of this ambiguity. The proposed scheme is applied to quantization of a general quadratic theory. Also the quantization of a damped oscillator and a radiating point-like charge is constructed. In the context of NCQM we propose a path integral formulation of relativistic NCQM and construct a noncommutative generalization of superparticle action. After quantization, the proposed action reproduces the Klein-Gordon and Dirac equations in the noncommutative field theories. In the context of the third problem we develop an approach to the deformation quantization on the real plane with an arbitrary Poisson structure which based on Weyl symmetrically ordered operator products. A simple and effective iterative procedure of the construction of star products is formulated. This procedure allowed us to calculate the third and the fourth order star products. Modulo some cohomology issues which we do not consider here, the method gives an explicit and physics-friendly description of the star products.

Apresentamos neste trabalho uma série de estudos sobre os efeitos de perturbações geométricas em alguns modelos da física estatística com transições de fase contínuas, Essas perturbações são causadas por distribuições aleatórias ou aperiódicas (e determinísticas) de campos ou de acoplamentos microscópicos ao longo das redes em que os modelos são definidos. No caso de sistemas aperiódicos sem desordem, mostramos uma grande quantidade de exemplos das possíveis alterações induzidas no comportamento crítico de modelos de Ising, Potts e um modelo para polímeros em interação. Empregamos técnicas não-perturbativas de grupo de renormalização no espaço real (matrizes de transferência para estudar a termodinâmica desses sistemas na região crítica ou tricrítica. Concluímos que, ainda que distribuições aperiódicas de constantes de acoplamento muitas vezes alterem sensivelmente os expoentes críticos associados às transições de fases, classificações universais ainda são possíveis. As classes de universalidade ligadas aos diferentes modelos e às várias maneiras de perturbá-los aperiodicamente estão associadas n inesperadas estruturas atratoras que surgem no espaço hamiltoniano de parâmetros, descritas em detalhe. No caso de modelos em presença de perturbações aleatórias à simetria translacional, argumentamos que alguns tipos de classificações universais também devem ser possíveis, primeiramente por causa de urna certa analogia com os sistemas aperiódicos anteriores, e também porque eles parecem sempre estar associados a formas de dinâmica complexa (corno a que se observa em sistemas vítreos não-desordenados). Comentamos brevemente sobre esta última conexão, e apresentamos urna análise ele um modelo desordenado muito simples, que tem a termodinâmica inteiramente calculável, e pode esconder alguma assinatura dessa dinâmica complexa. Finalmente. discutimos os rudimentos da chamada técnica de Martin-Siggia-Rose (MSR), que pode ser empregada para estudos avançados de sistemas com evoluções do tipo Langevin, e que permitiu o início da compreensão, já há algumas décadas, da possível universalidade da dinâmica complexa de sistemas desordenados. We present in this work a series of studies on the effects of geometrical perturbations on statistical-physics models with continuous phase transitions. These perturbations are generated by random or aperiodic (deterministic) distributions of fields or microscopic couplings, along the lattices on which the models are defined. In case of non-disordered aperiodic systems, we s: show a wealth of examples of the changes that may be brought about on the critical behavior of Ising, Potts and interacting-polymer models. We employ non-perturbative real-space renormalization group techniques, as well as transfer-matrix methods to study the thermodynamics of such systems in the neighborhood of critical and tricritical points. Our conclusion is that although critical exponents may change appreciably in the presence of aperiodic distributions of couplings, universal classifications are nevertheless still workable. The universality classes associated to different models and the distinct ways of implementing aperiodicity are connected to unexpected attractors in Hamiltonian parameter space, which are thoroughly described. In case of random perturbations that break translational symmetry we argue that some universal classifications should still be possible. First, because these systems are in a sense analogous to the former aperiodic ones, and also because they always seem to be associated with some form of complex dynamics (as the dynamics of vitreous, non-random materials). We make some brief comments on this connection, and present a study of a very simpIe disordered model, whose thermodynamics is completely solvable, and which may hide some signatures of complex dynamics. Finally, we discuss the first steps of the so-called Martin-Siggia-Rose (MSR) method, which may be employed in advanced studies of systems undergoing Langevin-type evolutions, and which was responsible, some decades ago, for a first glimpse into the possible universality of complex dynamical behavior of disordered systems.

Teorias de campo discretas euclideanas invariantes por transformações que preservam a topologia e o volume dos espaços são estudadas em três dimensões. Teorias com tal simetria são chamadas de quasetopológicas. Os modelos são definidos em diagramas de Heegard, interpretados como uma generalização das triangulações e redes cúbicas. Quando um diagrama descreve uma triangulação, o seu gênero g corresponde ao número de tetraedros. Uma função de partição Z () é atribuída a cada diagrama . Nas teorias quase topológicas, Z() depende apenas de g e da topologia de . Ou seja, as operações de simetria são homeomorfismos que preservam o gênero. Nas triangulações, tem-se invariância por homeomorfismos que preservam o número de tetraedros. Provou-se que tais operações sempre podem ser escritas como composições de três operações elementares, batizadas de moves quase topológicos. Impondo-se invariância de Z pela ação dos moves, chegou-se a um sistema de equações que caracteriza as teorias quasetopológicas. Mostrou-se que a cada álgebra de Hopf corresponde uma solução simples do sistema. Uma nova generalização das álgebras de Hopf foi proposta como ansatz para uma solução mais geral, mas as condições de simetria a reduziram a uma álgebra de Hopf. Nesta generalização, a relação de biálgebra foi substituída por uma relação modificada mais fraca. Identidades tradicionais das álgebras de Hopf deixam de ser verificadas, mas uma série de relações semelhantes foi obtida. A generalização estudada sugere uma família de outras generalizações, com modificações diversas da relação de biálgebra, as quais podem ser usadas na busca de novos exemplos de teorias quasetopológicas. Euclidean discrete field theories invariant under topology and volume preserving transformations are studied in three-dimensions. Theories with such symmetry are called quasitopological. The models are defined in Heegard diagrams, which are interpreted as a generalization of triangulations and cubic lattices. When a diagram describes a triangulation, its genus g corresponds to the number of tetrahedra. A partition function Z() is assigned to each diagram . In quasitopologica theories, Z() depends only on 9 and on the topology of V. In other words, the symmetry operations are genus preserving homeomorphisms. In the case of triangulations, there is invariance under homeomorphisms which preserve the number of tetrahedra. It was proved that such operatíons can always be written as compositions of three elementary operations, denoted quasitopological moves. Imposing invariance of Z under the action of the moves, a system of equations was found which characterizes quasitopological theories. It was shown that to each Hopf algebra corresponds a simple solution of the equations. A new generalization of Hopf algebras was proposed as an ansatz for a more general solution, but the symmetry conditions reduced it to a Hopf algebra. In this generalization, the bialgebra relation was replaced by an weaker modified one. Traditional identities of Hopf algebras are not verified, but a series of similar relations was obtained. The generalization considered suggests a fami1y of other generalizations, with varied modifications of the bialgebra relatiol1, which can be used in the search for new examples of quasitopological theories.

Nesta tese, através de métodos perturbativos adequados, resultados rigorosos são obtidos para dois sistemas dinâmicos específicos. Primeiro, apresentamos uma investigação matemática do fenômeno de localização dinâmica em uma classe de sistemas de dois níveis periodicamente e quase-periodicamente dependente do tempo. Nossos resultados são baseados em um procedimento de eliminação iterativa de termos polinominais da série de Lindstedt, a qual é proposta como solução de uma certa equação de Riccati associada. Tal procedimento é desenvolvido aqui de uma forma sistemática para adequá-lo ao efeito de localização em qualquer ordem de perturbação. No caso quase-periódico esse procedimento nos leva apenas a uma série de Lindstedt formal bem definida. No caso periódico, uma solução perturbativa convergente é obtida e, em particular, uma expansão perturbativa convergente para a frequência secular é apresentada. O caso particular do campo monocromático é discutido em detalhes onde cômputos numéricos das soluções são apresentadas e os resultados são exibidos em termos de certas probabilidades de transição entre os dois auto-estados do sistema. Segundo, consideramos em uma equação de Hill perturbada da forma + (p IND.0(t) + p IND.1(t)) = 0 onde p IND.0 é real analítica e periódica, p IND.1 é real analítica quase-periódica e R é pequeno. Assumindo condições Diophantinas nas frequências do sistema desacoplado, i.e., as frequências dos potenciais externos p IND.0 e p IND.1 e a frequência própria da equação de Hill não-perturbado (=0), e assumindo apenas uma condição de não-degenerescência específica sobre o potencial perturbador p IND.1, provamos que soluções quase-periódicas da equação não-pertrubada são estáveis se estiver em um conjunto de Cantor de medida relativamente grande em [- IND.0. IND.0] C R, onde IND.0 é pequeno o suficiente. Nosso método é baseado em um procedimento de resoma da série de Lindstedt formal obtida como solução de uma equação de Riccati associada ao problema de Hill. Finalmente, salientamos que os sistemas acima são matematicamente aparentados. De fato, ambos passam pela solução de certas equações de Riccati bastante parecidas. Tais soluções são procuradas em termos de séries de Lindstedt expandidas em um parâmetro pertrubativo adequado. In this thesis, through the use of suitable perturbative methods, rigorous results are obtained for two specific dynamical systems. First, we present a mathematical investigation of the phenomenon of dynamical localization in a class of quasi-periodically and periodically time-dependent two-level systems. Our results are based on an interative procedure of elimination of polynomial terms from the Lindstedt series, which is proposed as a solution of a certain associated Riccati equation. Such a procedure is developed here in a systematic way in order to adapt it to the effect of localization in any perturbative order. In the quasi-periodic case, this procedure leads only to a formal well defined Lindstedt series. In the periodic case, a convergent perturbative solution is obtained and, in particular, a convergent perturbative expansion for the secular frequency is presented. The particular case of a monochromatic field is discussed in detail, where numerical computations of the solutions are presented and results are exhibited in terms of certain transition probabilities between the two eigenstates of the system. Second, we consider a perturbed Hill\'s equation of the form + (p0(t) + p1(t)) = 0, where p0 is real analytic and periodic, p1 is real analytic and quasi-periodic and R is small. Assuming Diophantine conditions on the frequencies of the decoupled system i.e., thr frequencies of the external potentials p0nd p1 and the proper frequency of the unperturbed ( = 0) Hills equation and making only one specific non-degeneracy assumption on the perturbating potential p1, we prove that quasi-periodic solutions of the unperturbed equation are stable if lies in a Cantor set of relatively large measure in [-0,0] C R where 0 is small enough. Our method is based on a resummation procedure of a formal Lindstedt series obtained as a solution of a genrelized Riccati equation associated to Hills problem. Finally, we stress that the two systems above are mathematically related. Indeed, both pass through the solutions of certain strongly related Riccati euqations. Such solutions are scarched in terms of Lindstedt series expandend in a suitable pertrubative parameter.

nvestigando a estrutura dos sistemas elementares com simetria de Poincaré em 1 + 1 dimensões, devemos considerar o problema da eliminação das anomalias clássicas, que têm origem no segundo grupo de cohomologia não-trivial deste grupo dinâmico, gerando um termo de Wess-Zumino na ação da partícula relativística. Efetuamos a classificação geral de todos os sistemas elementares em 1 + 1 dimensões, em termos de co-órbitas, mostrando que existe um simplectomorfismo entre o espaço de fase reduzido da partícula e uma determinada co-órbita na álgebra de Lie dual à de Poincaré estendida. While researching the structure of elementar systems with Poincaré symmetry in 1+1 dimensions, we must be concerned about the problem of elimination of the classical anomalies, which arise from the non-trivial second cohomology group of this dynamical group, generating a Wess-Zumino term in the relativistic particle action. We classify all elementary systems in 1+1 dimensions in terms of co-orbits, showing that there is a symplectomorphism between the reduced phase space of the particle and a certain co-orbit in the Lie algebra dual to the extended Poincaré one.

Nessa tese, mostramos que a Hamiltoniana H e o operador helicidade de uma partícula de Dirac que se movimenta em duas dimensões na presença de um tubo de fluxo magnético infinitamente fino na origem admitem, cada um, uma família de quatro parâmetros de extensões auto-adjuntas. Para cada extensão correspondem condições de contorno a serem satisfeitas pelas auto-fuções na origem. Apesar dos operadores H e formalmente comutarem antes da especificação das condições de contorno, para garantirmos a conservação da helicidade, não é suficiente obtermos as mesmas condições de contorno para ambos os operadores, ou seja, não é suficiente a determinação de um domínio comum a ambos. Mostramos que, para certas relações entre os parâmetros das extensões satisfeitas, é possível a determinação dos domínios mais gerais onde ambos os operadores H e são auto-adjuntos e onde a helicidade é conservada, simultaneamente com a preservação da simetria de Aharonov-Bohm ( + 1), onde é o fluxo magnético em unidades naturais. Nossos resultados implicam que, nem a conservação da helicidade nem a simetria de Aharonov-Bohn, resolvem o problema da escolha da condição de contorno fisicamente correta. We show that both the Hamiltonian H and the helicity operator of a Dirac particle moving in two dimension in the presence of an infinitely thin magnetic flux tube admit each a four- parameter family of self-adjoint extensions. Each extension is in one-to-one correspondence with the boundary conditions (BC\'s) to be satisfied by the eigenfunctions at the origin. Althou- gh the actions af these two operators commute before specification of boundary conditions, to ensure helicity conservation it is not sufficient to take the same BC\'s for both operators. We show that, given certain relations between the parameters of the extensions it is possible to write down the most general domain where both operators H and are self-adjoint with heli- city conservation and also Aharonov-Bohm symmetry ( + 1) preserved, where is the magnetic flux in natural units. The continuity of the dynamics is also obtained. Our results im- ply that neither helicity conservation nor Aharonov-Bohm symmetry by themselves solves the problem of choosing the \"physical \"boundary conditions for this system.

A questão de como sistemas quânticos correspondem a sistemas clássicos existe desde o surgimento da mecânica quântica e parece ser algo natural de se perguntar. E também desde o principio da mecânica quântica estados coerentes são usados para responder esse tipo de questão, já que eles são, em certo sentido, os estados quânticos mais próximos a estados que descrevem sistemas clássicos. Seguindo os resultados de Hepp, que mostrou a correspondência tantopara o caso da mecânica quântica não relativística quanto para o caso de camposBosônicos relativísticos, mostramos a correspondência entre sistemas Bosônicos livres em um espaço-tempo de de Sitter e soluções da equação de Klein-Gordon neste mesmo espaço.Após introduzir os conceitos relevantes e construir a álgebra que descreve sistemas Bosônicos livres em um espaço globalmente hiperbólico, construímos estados coerentes para álgebras CCR na forma de Weyl e provamos o limite semi-clássico para uma região próxima à origem (ou, para um tempo fixo, em todo espaço de de Sitter). Além disso provamos que este limite independe do estado de vácuo---que, em geral, não é único. The question of the correspondence between quantum and classical systems is an issue since the beginnings of quantum mechanics and it seems like a natural question. Also since the start of quantum mechanics coherent states were used to answer this sort of question, since they are, in a sense, the quantum states closest to states that describe classical systems. Following the results of Hepp, who showed the correspondence for the case of non-relativistic quantum mechanics as well as for relativistic Bosonic fields, we show the correspondence between free Bosonic field in a de Sitter space-time and the solutions of the Klein-Gordon equation in that same space-time. After introducing the relevant concepts and the construction of the algebra that describes free Bosonic systems in a globally hyperbolic space-time, we construct coherent states for CCR algebras in Weyls form, and we prove the semi-classical limit for a region close to the origin (or, for a fixed time, in the whole de Sitter space-time). We also prove that this limit is independent of the vacuum statewhich might not be unique.

Neste trabalho são apresentados alguns conceitos básicos da Teoria de Liouville e N=1 Super Liouville, enfatizando o cálculo das funções de três pontos dessas teorias.Uma introdução a Teoria de Campos Conformes (CFT) e a Supersimetria também sao incluídas, as quais constituem ferramentas básicas da presente pesquisa. In this dissertation we present some basic features about Liouville and N=1 Super Liouville Theory, and focus in the computation of their three point functions. Additionally, we include an introduction to Conformal Field Theories (CFT) and Supersymmetry, which are the basic tools of the present research.

A hierarquia de equações de Boltzmann que descreve a temperatura e polarização da radiação cósmica de fundo ´e tratada no espaço das posições. Mostramos neste formalismo que temperatura e polarização podem ser descritas como medias dos termos de fonte ponderados por probabilidades associadas a um problema de voos aleatórios. Decorre da estrutura geral da hierarquia que se pode fazer uma expansão da temperatura e polarização em termos do numero de espalhamentos ocorridos durante a recombinação. Incorporamos o efeito de lentes gravitacionais sobre a radiação cósmica de fundo tirando proveito da estrutura das equações no espaço das posições. Mostraremos que o efeito ´e incorporado através de correções aos coeficientes da decomposição angular dos campos de temperatura e polarização. Para descrever o efeito de lentes gravitacionais fazemos uma revisão sobre resultados formais da teoria e apresentamos uma derivação de equações centrais em espaços-tempo arbitrários. The Boltzmann hierarchy describing the temperature and polarization of the cosmic microwave background is presented in a position space formalism. We show that temperature and polarization can be described in terms of averages over source terms weighted by probabilities densities that appear in problems of random flights. The temperature and polarization signals can be expanded in terms of the number of scatterings photons suffered during the recombination. The gravitational lensing effects are incorporated over the free-propagation phase of the CMB photons. This effect can be included in the position space formalism as a correction to the expansion coefficients of the temperature and polarization fields. The bases of the theory of gravitational lensing are also presented and a rederivation of the central equations of the theory in arbitrary spacetimes is here developed.

Sistemas quânticos cuja dinâmica é não-unitária e que evoluem adiabaticamente apresentam características únicas com aplicações no campo da computação quântica. Estudamos nessa dissertação o formalismo de sistemas quânticos abertos, a teoria de semigrupos dinâmicos e os chamados operadores de Lindblad. Enunciamos e provamos o teorema adiabático na formulação de T. Kato a fim de entender a idéia e o formalismo por trás de regimes adiabáticos. Utilizamos essas ferramentas para descrever o problema de otimização de trajetórias adiabáticas em sistemas quânticos dissipativos (cuja dinâmica é dada por uma classe de operadores de Lindblad) e, seguindo as indicações de Avron et al. [8], obtemos as condições para que essa otimização seja única e aplicamos esse resultado em algoritmos quânticos de busca. Quantum systems whose dynamics is non-unitary and develop adiabatically exhibit unique characteristics with applications in the field of quantum computing. We study in this dissertation formalism of open quantum systems, the theory of dynamical semigroups and called Lindblad operators. We state and prove the adiabatic theorem in Kato T. formulation in order to understand the idea and the formalism behind adiabatic regimes. We use these tools to describe the adiabatic trajectory optimization problem in dissipative quantum systems (whose dynamics is given by a Lindblad operator class) and following the advice of Avron et al. [8], we obtain the conditions for this optimization is unique and apply this result in search of quantum algorithms.

Neste trabalho estudamos as teorias de gauge puras (sem campo de matéria) na rede em três dimensões. Em especial, estudamos a subclasse das teorias topológicas. A maneira como denimos e tratamos as teorias de gauge e diferente, mas equivalente, à forma usual apresentada em [2, 3]. Definimos estas teorias via o formalismo de Kuperberg, que é um formalismo puramente matemático de um invariante topológico de variedades tridimensionais. Este formalismo, embora bastante abstrato, pode ser adaptado para descrever as classes de modelos das teorias de gauge na rede, e traz várias vantagens, pois possibilita que tratemos de teorias topológicas e não topológicas, além da fácil identicação dos limites topológicos da função de partição. Estudamos também a classe das teorias chamadas quase topológicas, que podem ser pensadas como deformações de teorias topológicas. Em particular, consideramos teorias de gauge com grupo de gauge Z2, que é o grupo de gauge mais simples possível com dinâmica não trivial. Dentro das teorias de gauge, identicamos as classes de modelos que são quase topológicos, além de outras classes nas quais a função de partição pode ser trivialmente calculada. A função de partição foi calculada explicitamente no caso quase topológico em duas situações: sobre a esfera tridimensional S3 e sobre o toroS1x S1x S1x, que representa uma rede com condições periódicas de contorno. Dois modelos físicos de teorias de gauge, ainda com grupo de gauge Z2, foram estudados: o modelo com ação de Wilson SW = Pfaces [Tr(g) - 1] e o modelo com ação spin-gauge SSG = Pfaces Tr(g). No limite de baixa temperatura ambos os modelos mostram-se ser topológicos, enquanto que no limite de alta temperatura mostraram-se ser trivialmente calculáveis. In this work we studied the class of models of pure lattice gauge theories (without matter elds) in three dimensions. Especially, we studied the subclass of topological theories. Lattice gauge theories were dened in an unusual way, unlike the description shown in [2, 3]. We dened lattice gauge theories via the Kuperberg\'s formalism [4], which is a mathematical model for a topological invariant of 3-manifolds. Such formalism, although completely abstract, can describe the class of models of lattice gauge theories because it can describe both topological and non topological theories, besides it provides an easy identication of the partition function topological limits. We also studied the class of theories called quasi topological, which can be thought as deformations of topological theories. As an example, we consider Z2 as gauge group, because it is the simplest group that does not imply trivial dynamics. Inside this class of models we identify the subclasses of quasi topological theories and also other classes in which the partition function can be trivially computed. The partition function was explicitly computed in two situations: on the 3-sphere S3 and on the 3-manifold S1 x S1 x S1 that represents periodic boundary conditions. Two physical models were studied: the model with Wilson\'s action SW(conf)1 and the model with spin-gauge action SSG(conf)2. In the low temperature limit both models shown to be topological and in the high temperature limit they could be trivially computed.

Nesta tese apresentamos vários aspectos das teorias de gravidade quântica anisotrópica. Introduzimos a simetria de Lifshitz, que promove a ansitropia entre espaço e tempo e mostramos como esta ansitropia melhora o comportamento das teorias em altas energias, quando comparadas com teorias relativísticas. Mostramos também o mecanismo pelo qual teorias anisotrópicas podem ser efetivamente relativísticas em baixas energias. Construímos a teoria de gravidade quântica anisotrópica (gravidade HL) e discutimos suas variações. Mostramos as principais consequências físicas da versão projetável da teoria, como soluções esfericamente simétricas e cosmológicas. Apontamos para o aparecimento de um grau de liberdade extra na teoria, quando comparada à Relatividade Geral, o gráviton escalar, e discutimos os problemas a ele associados. Apresentamos a proposta de Horava e Melby-Thompson da gravidade anisotrópica covariante, que é livre do gráviton escalar. Em seguida, mostramos a nossa contribuição para a área, que é formalismo de acoplamento mínimo, que generaliza o procedimento de Horava e Melby-Thompson e aponta para possíveis termos de acoplamento entre gravitação e matéria. Questões em aberto são apontadas e discutidas. In this thesis we present some aspects of anisotropic gravity theories. We introduce the Lifshitz symmetry, which produces an anisotropy between space and time and show how this anisotropy improves the high energy behavior of theories when compared with their relativistic counterparts. We also show the mechanism that ensures anisotropic theories can be effectively relativistic at low energies. We build the anisotropic gravity theory (HL theory) and discuss some of its versions. We show the major physical consequences of projectable version of HL theory, as spherically symmetric solutions and cosmology. We point out to the appearance of an extra degree of freedom in HL theory when compared to General Relativity, the scalar graviton, and discuss the issues it presents. We present the proposal of Horava and Melby-Thompson of co variant anisotropic gravity, which is scalar graviton free. Subsequently, we show our proposal of a minimal coupling formalism, which generalizes the Horava and Melby-Thompsons procedure and leads to possible couplings between gravity and matter. Open issues are pointed out and discussed.

Neste trabalho faremos uma investigação no campo das perturbações gravitacionais e propagação de ondas em geometrias de buracos negros com campos elétricos ou magnéticos. Usando uma geometria tipo Ernst-Melvin de um buraco negro massivo em um Universo com campo magnético no eixo z, calculamos os modos quasi-normais de propagação de um campo escalar, demonstrando que este se comporta como um campo escalar com massa 2|m|B em uma geometria de Schwarzschild, para pequenos valores do campo magnético B (correspondendo m ao número azimutal do esférico harmônico). Ainda com esta geometria, calculamos a contribuição de ondas escalares para a entropia do buraco negro em termos dos cut offs ultravioleta e infravermelho. Com uma solução do tipo Reissner-Nordström em 4 dimensões, investigamos as possíveis correspondências entre os modos quasinormais e as propriedades termodinâmicas deste buraco negro, atestando o resultado de que a conjectura Hod modificada por Maggiore é válida em tal solução. Também, com uma geometria de Reissner-Nordström-de Sitter D-dimensional, obtivemos os modos quasi-normais de vibração para dois potenciais diferentes, estabelecendo a ausência de modos instáveis para uma grande gama de parâmetros deste buraco negro. In this work we make an incursion into the branch of gravitational perturbations and field propagation around known-geometries of black holes with electromagnetic fields. Using an Ernst-Melvin type of geometry in a massive black hole immersed on a magnetic Universe, we calculate the quasi-normal modes of the propagating field, showing the equivalence of this problem with that of a massive scalar field (for which the mass is 2|m|B, m being the azhimutal number, and B the magnetic field) propagating around a Schwarzschild geometry. We also compute the contribution of the scalar field to the entropy of the black hole in terms of the infrared and ultraviolet cut offs. Using a Reissner-Nordstr¨om-like solution in 4 dimensions, we investigate the possible correspondence between quasi-normal modes and the thermodynamical properties of this black hole, atesting the validity of the modified Hod conjecture as proposed by Maggiore. Finally, for a Reissner-Nordstr¨om-de Sitter D-dimensional solution, we obtain the quasi-normal modes for two diferent potentials, establishing the absence of unstable modes for a large range of values for the black hole parameters.

A presente dissertação revisa um modelo, de autoria de C. Dappiaggi, K. Fredenhagen e N. Pinamonti, de um campo escalar real quântico não-interagente acoplado com a métrica de um espaço-tempo FLRW (Friedmann-Lemaítre-Robertson-Walker). Apresentamos a metodologia de quantização de campos de Klein-Gordon reais em espaçostempos globalmente hiperbólicos e discorremos sobre o procedimento de regularização do tensor de energia-momento via point-splitting. Consideramos os campos em espaços FLRW e estados adiabáticos com flutuação média de campo dado por h2i = m2 +R, com ; constantes provenientes do procedimento de regularização. A retroação do campo quântico gera a equação diferencial para o parâmetro de Hubble H(t) dada por _H (H2H2 c ) = (H2H2+ )(H2H2 ) com Hc uma constante e H pontos críticos estáveis da equação. Esse simples modelo mostra que efeitos quânticos podem, por si só, fornecer fases de de Sitter estáveis sem adição de uma constante cosmológica a priori. Mesmo que de caráter apenas qualitativo, tal resultado indica que análises cautelosas de processos de quantização são importantes para análise de efeitos cosmológicos de teorias quânticas de campos em espaços curvos. The present dissertation reviews the coupling of a scalar non-interacting quantum field with the metric of a FLRW(Friedmann-Lemaítre-Robertson-Walker) spacetime, proposed in a work by C. Dappiaggi, K. Fredenhagen and N. Pinamonti. We present methods for the quantization of a real Klein-Gordon field in globally hyperbolic spacetimes and discuss procedures for the point-splitting regularization of the stress-energy tensor. We consider those fields in FLRWspacetimes and point out adiabatic states with mean field fluctuation given by h2i = m2+R, with ; being constants that emerge from the regularization procedure. The backreaction of the quantum field provides a diferential equation for the Hubble parameter given by _H (H2H2 c ) = (H2H2+)(H2H2) with Hc a constant and H stable critical points of the equation. In this way, this simple model demonstrates that quantum efects may, by themselves, exibit stable de Sitter phases even without an introduction of a cosmological constant by hand. Althoug in a qualitative way, such result shows that, when dealing with the backreaction issue, a careful analysis of the quantization procedures is important for the analysis of cosmological efects of models of quantum field theories in curved spacetimes.

Os modelos de Toda admitem uma representação de suas equações de movimento em termos da curvatura nula, isto é, existem potenciais que são funcionais dos campos da teoria e pertencem a uma álgebra de Kac-Moody tal que a condição de curvatura nula seja equivalente às equações de movimento. Para a construção das soluções solitônicas e cargas conservadas são necessários a gradação inteira da álgebra de Kac-Moody e a existência de soluções de vácuo, de forma que os potenciais assumam valores em uma subálgebra abeliana quando calculados nestas soluções de vácuo. A gradação da álgebra é de extrema importância pois garante que o potencial transformado tenha a mesma estrutura que o potencial de vácuo. As cargas conservadas são então construídas partindo de soluções da órbita do vácuo por meio de transformações de dressing, que consistem na aplicação da decomposição de Gauss para a produção de um potencial transformado a partir de duas transformações de Gauge. Nesta dissertação calculamos as infinitas cargas conservadas dos modelos de Toda sl(3) e também sl(N), avaliadas nas soluções pertencentes à órbita do vácuo sob transformações de dressing. As soluções de interesse físico, como sólitons e breathers pertencem a esta órbita, e as cargas conservadas para tais soluções são escritas como uma soma sobre os sólitons. Mostramos que a energia e o momento proveem de termos de superfície. The Toda models admit a zero curvature representation of their equations of motion, i.e. there exist potentials, (A), wich are functionals of the fields of the theory and which belong to a Kac-Moody algebra G such that the zero curvature condition is equivalent to the equations of motion. For the construction of the solitons solutions and conserved charges is required an integer gradation of the Kac-Moody algebra and a ``vacuum solution\'\', such that the potentials evaluated on it belong to an abelian subalgebra. The gradation of the algebra is of extreme importance since it guarantees that the transformed potential have the same structure as the vacuum potential. The conserved charges are then constructed using the dressing method, that through the Gauss decomposition, leads to the transformed potentials by two gauge transformations. In this dissertation we calculate the infinite conserved charges of models Toda sl (3) and also sl (N) evaluated on the solutions belonging to the orbit of the vacuum under dressing transformations. The solutions of physical interest, like solitons and breathers belong to this orbit and the conserved charges for such solutions are written as a sum over the number the solitons. We show that the energy and momentum are boundary terms.

Nesta tese, mostramos que o modelo estocástico binário para expressão gênica, por um gene auto-regulado, possui solução completa. A solução dependente do tempo é escrita via expansão em termos das funções de Heun confluentes. Apresentamos um exemplo de dinâmica estocástica desse gene. Para tal, desenvolvemos uma relação de recorrência entre derivadas arbitrárias das funções de Heun confluentes. Mostramos também que o regime estacionário deste modelo possui simetria de Lie SO(2, 1) tipo Lorentz. Esta simetria é análoga à simetria do momento angular, porém com um sinal errado. O invariante desta álgebra define a meia-vida relativa do regime dinâmico do gene. O equivalente do momento angular azimutal é uma medida indireta do nível de atividade do gene. Os operadores levantamento e abaixamento conectam diferentes processos estocásticos de expressão proteínica. As flutuações destes processos estocásticos são classificadas em termos das relações entre os etiquetadores de um elemento da representação da álgebra. No arcabouço da teoria dos grupos, o modelo estocástico para um gene externamente regulado aparece como um caso particular do modelo para um gene auto-regulado. Mostramos, por fim, uma comparação entre estas duas estratégias de regulação. Demonstramos que um gene auto-regulado pode expressar proteínas em regimes sub Poisson, Poisson ou super Poisson. Por seu turno, o gene externamente regulado somente expressa proteínas em regimes Poisson ou super Poisson. Portanto, num processo estocástico, a auto-regulação mostra-se como uma forma de controle mais precisa. Também mostramos que a dinâmica de genes auto-regulados possui meia-vida mais curta que a de genes externamente regulados. Ou seja, a auto-regulação permite respostas mais rápidas à perturbações externas. In this thesis we show that the stochastic binary model to protein synthesis by na auto-regulated gene is completely solvable. The time-dependent solution is written in terms of the confluent Heun functions. We present an example of probability dynamics to this gene. To get that, we developed a recurrence relation between arbitrary derivatives of the confluent Heun functions. We also show the existence of a Lorentz-like Lie symmetry SO(2, 1). This is an analogous to the angular momentum symmetry but presenting one wrong sign in its preserved form. This invariant defines the relative half-life of the dynamical regime of the gene. The equivalent of the azimuth angular momentum measures indirectly the activity level of the gene. The ladder operators connect distinct stochastic processes of protein synthesis. The fluctuations of these processes are classified in terms of the relation between labeling numbers of a representation of the algebra. In the group theory formalism, the stochastic model to an externally regulated gene is a particular case of the model to an auto-regulated gene. We compare these two gene regulation strategies, and show that the auto-regulated gene can synthesize proteins into the super Poisson, Poisson, and sub Poisson fluctuating regimes. The externally regulated gene only presents the super Poisson and Poisson regimes. Therefore, the auto-regulation is responsible for a more precise control of gene expression. We also show that the dynamics of the auto-regulated genes has a shorter half-life. Thus, the auto-regulation permits faster responses of the system to external perturbation.

Uma matriz `A IND.N´ de ordem N ´e normal se e somente se comuta com sua adjunta. Nesta tese investigamos a estatística dos autovalores (no plano complexo) de ensembles de matrizes aleatórias normais quando a ordem N destas tende a infinito. A função distribuição de probabilidade no espaço das matrizes normais atribui, como na mecânica estatística, um peso de Boltzmann `e POT.-NF(`A IND.N´)´ a cada realização `A IND.N´ destas matrizes, onde F é uma função a valores reais invariante por transformações unitárias. Realizando uma mudança de variáveis (das variáveis de entrada para as variáveis espectrais), escrevemos a distribuição marginal conjunta dos autovalores `{`z IND.i´} POT.N´ `IND.i=1´, bem como a função de n-pontos correspondente a vários ensembles, como o determinante de um núcleo integral associado. A partir deste formalismo bem estabelecido na literatura, apresentaremos nesta tese dois tipos de resultados: Primeiramente, explorando a semelhança da distribuição conjunta dos autovalores a um problema variacional sobre as medidas de equilíbrio eletrostático de cargas sujeitas a um potencial externo V : C ? R (escolhendo F(`A IND.N´) = ```sigma´ POT.N´ IND.i´=1 V (`z IND.i´)), podemos aplicar a teoria de potenciais logarítmicos para obter a única medida de equilíbrio coincidente com a função de 1-ponto destes ensembles. Com base nesta teoria, propomos nesta tese um método de interpolação analítica capaz de projetar a medida de equilíbrio dos ensembles normais em medidas de equilíbrio dos ensembles hermitianos e unitários correspondentes. Ilustramos o procedimento com várias aplicações. O segundo tipo de resultados utiliza o método de ponto de sela ao nícleo integral da família de ensembles de matrizes normais com potenciais `V IND.`alfa´´ (z) = `|z| POT.`alfa´´ , z `PERTENCE A´ C e `alfa´ `PERTENCE A´ ]0,`INFINITO´[. Analogamente ao que foi demonstrado em ensembles hermitianos por Deift, estabelecemos por intermédio desta expansão um conceito similar de universalidade para esta família, fazendo uso de mapas conformes e a teoria de espaços de Segal-Bargmann. Sobre o sentido de universalidade definido por G. Oas, mostramos que a afirmação de universalidade neste sentido por este autor é incorreta quando a cauda desta probabilidade é levada em conta. A matrix `A IND.N´ of order N is normal if and only if it commutes with its adjoint. In the present thesis we investigate the eigenvalues statistics (in the complex plane) of ensembles of normal random matrices when their order N tends to infinite. The probability distribution function in the space of normal matrices attributes, as in statistical mechanics, a Boltzmann weight `e POT.-NF(`A IND.N´)´ at each matrix realization `A IND.N´, where F is a real-valued function invariant by unitary transformations. By performing a change of variables (from entry variables to spectral variables) we write the marginal joint distribution of eigenvalues {`z IND.i´} POT.N´ `IND.i=1´, as well as the n-points functions corresponding to several ensembles, as the determinant of an associated integral kernel. From this formalism well-established in the literature, we shall present in this thesis two types of results: Firstly, exploiting the similarity of joint distribution of eigenvalues to a variational problem on electrostatic equilibrium measures of charges subjected to an external potential V : C - > R (by choosing F(`A IND.N´) = ```sigma´ POT.N´ IND.i´=1 V (`z IND.i´)), we can apply the theory of logarithmic potentials to obtain the unique equilibrium measure coinciding with the 1-point function of these ensembles. Based on this theory, we propose in this thesis a method of analytical interpolation capable of projecting the equilibrium measure of normal ensembles in equilibrium measures of corresponding Hermitian and unitary ensembles. We give several applications of this procedure. The second type of results utilizes the saddle point method applied to integral kernel of a family of normal matrix ensembles with potentials `V IND.`alfa´´ (z) = `|z| POT.`alfa´´ , z `PERTENCE A´ C e `alfa´ `PERTENCE A´ ]0,`INFINITO´[. Similarly to what has been shown in hermitian ensembles by Deift, we established by mean of this expansion a similar concept of universality for this family, making use of conformal maps and theory of Segal-Bargmann space. Concerning the universality defined by G. Oas, we show that the universality claimed by this author is incorrect when the tail of this probability is taking into account.

Neste trabalho nós propomos uma estratégia Euclidiana para entender o efeito Unruh. Com este objetivo, nós inicialmente o estudamos para campos livres escalares sem massa, numa forma que é normalmente apresentada aos físicos e que é mais próxima ao trabalho original de Unruh I321| . Logo em seguida, deduzimos o efeito de um ponto de vista algébrico. Com este objetivo, estudamos as propriedades e as definições de estados KMS para compreender como um estado de equilíbrio é descrito na abordagem algébrica. Apresentamos os axiomas de Wightman para campos escalares assim como os de Osterwalder-Schrader. Usamos, então, o Teorema de Bisognano-Wichmann para estes campos e concluímos, baseados no trabalho de Sewell [27], que um observador uniformemente acelerado vê o estado de vácuo dos observadores inerciais como um estado KMS, e portanto, como um estado de equilíbrio. Novamente, concluímos a existência do efeito Unruh. Finalmente estudamos algumas relações entre probabilidade e análise funcional. Este estudo é fundamental para o entendimento do trabalho de Klein e Landau [15] e de Gérard e Jakel [7]. Estes trabalhos afirmam que existe uma relação biunívoca entre certos estados KMS e certos processos estocásticos (Klein e Landau) e uma relação entre certos processos estocásticos e espaços de trajetórias generalizados (Gérard e Jakel). Usando estes trabalhos e as funções de Schwinger para campos escalares, deduzimos o efeito Unruh de uma nova maneira. Acreditamos que este trabalho mostra um ponto de vista interessante do efeito Unruh e ilustra o uso do formalismo Euclidiano em teorias quânticas dos campos. Mesmo que algumas demonstrações para uma prova completa do efeito, usando técnicas Euclidianas, não são obtidas, devido às dificuldades técnicas encontradas, acreditamos que o material apresentado neste trabalho fornece, no mínimo, uma boa estratégia para a compreensão completa deste fenômeno físico. Além disto, as técnicas que são mostradas podem ser usadas em diversos problemas, como a construção de campos interagentes a uma temperatura finita, que permanecem atuais e promissores. This paper proposes a Euclidean strategy to understand the Unruh effect. On that ground we first study it for free massless scalar fields the way it is usually presented to pliysicists, which is closer to Unruh\'s original work [32]. Then we infer the effect from an algebraic perspective. We study the proprieties and definitions of KklS states in order to understand the description of an equilibrium state in the algebraic approach. We present the Wightman\'s as well as Osterwalder-Schrader\'s axioms for scalar fields. Then we use the Bisognano-Wichmann theorem for these fields and conclude, based on Sewell work 1271, that a uniformly accelerated observer will observe tlie vacuum state of inertial observers as a KMS state and thus as an equilibrium state. Once again we infer the existence of the Cnruh effect. Finally we study some relations between probability and functional analysis. This study is crucial for understanding the work of Klein and Landau 1151 as well as of Gérard and Jakel (71. They state there is a biunivocal relation between certain KMS states and certain stochastic processes (Klein and Landau) and a relation between certain stochastic processes and generalized path spaces (Gérard and Jakel). Lsing these works and Schwinger functions for scalar fields, we deduce tlie Unruh effect in a new way. LVe believe this work shows an interesting aspect of the Unruh effect and represents the use of Euclidean formalism in quantum field theory. Although some demonstrations for a complete proof of the Unruh effect using Euclidean techniques were not obtained due to technical difficulties we faced, we believe the material presented in this paper provides at least a good strategy for the complete understanding of this physical phenomenon. Furthermore the techniques shown, which remain current and promising, can be used in different problems, sudy as the construction of interacting fields at a finite temperature.

In this work, we consider the energy-momentum spectrum of lattice quantum chromodynamics (QCD) models, using the functional integral formulation, with imaginary time and in the strong coupling regime. This regime corresponds to taking the hopping parameter κ > 0 satisfying 1 >> κ >> β > 0, where β ≡ g−2 0 is the coupling parameter among the gauge fields, here defined in the SU(3) Lie algebra. We consider QCD models with fermionic quark fields with one and two flavors (isospin). For the cases 2 + 1 and 3 + 1 dimensions, one flavor, and using 4 × 4 Dirac matrices, we show the existence of mesons, as bound states of one quark and one anti-quark, which is detected by the appearance of an isolated dispersion curve in the energy-momentum spectrum in the physical Hilbert space associated with an even number of fermions. The meson masses are asymptotically given by −2 ln κ. Similar results were also obtained for the model in 2 + 1 dimensions, with one and two flavors, and using Pauli matrices 2×2. Using results previously established about the existence of baryons in the subspace with an odd number of quarks, we consider the question of the existence of bound states of two hadrons: two mesons, and one baryon and one meson, in models with dimension 2 + 1, with one and two flavors, and Pauli matrices 2 × 2. Our analysis is strongly based in analytic properties of decay for correlation functions for two and four particles, obtained using an adaptation of the decoupling of hyperplane method. The analysis of bound states of two particles is made using a Bethe-Salpeter equation on the lattice in a ladder approximation (leading order in κ). We show that bound states of two mesons or one meson and one baryon do not exist in the one flavor case. Here, Pauli repulsion overcomes any kind of attraction between the particles. For the two flavor case, restricting our analysis to the total isospin zero sector, a bound state of the type meson-meson was detected, with binding energy given approximately by 0.02359κ. The attractive potential between the two mesons comes from two kinds of contributions: exchange of a (quasi-)meson (a quark and an anti-quark) and an energy-dependent potential. We also show that, the main source of attraction is a gauge correlation effect. Using technics already developed to treat this kind of physical system, our spectral results can be extended to a rigorous analysis, i.e. a spectral analysis beyond the ladder approximation for the full model.

Consideramos dois tópicos distintos relacionados a modelos clássicos da mecânica estatísticas de equilíbrio. O primeiro constitui-se na análise de equação parabólicas semi-lineares associadas à transformação de grupo de renormalização para o gás de Coulomb hierárquico bidimensional e o gás dipolos hierárquicos em dimensão d>1 após tomarmos um limite apropriado (limite L 1 do tamanho do bloco). O outro tópico estudado foi a construção de uma função majorante (, z) para a pressão termodinâmica de um gás formado por partículas interagentes com atividade z e temperatura -1, cuja interação entre dois corpos pode ser decomposta em escalas como um potencial estável. Somos capazes de demonstrar que o problema de valor inicial dado pela equação do gás de Coulomb está bem definido (existência, unicidade e dependência contínua das soluções) em um espaço funcional adequado e a solução converge assintoticamente para uma das infinitas contáveis soluções de equilíbrio. Quanto ao gás de dipolos, embora não tenhamos conseguido provar a existência e unicidade das soluções, garantimos que a única solução estacionária limitada inferiormente é a trivial nula, que é uma solução estável. Ao menos no caso dos modelos hierárquicos, os resultados obtidos permitem dar uma resposta definitiva à conjectura de Gallavotti e Nicolò sobre uma sequência infinita de transições de fase. A função majorante é construída como a solução de uma equação diferencial parcial quase-linear de primeira ordem. Através da do método das características relacionamos a solução (majorante) à função W de Lambert cuja expansão em série possui uma singularidade originada pelo corte que a função W possui no plano complexo. A descrição da função majorante como uma função W possui no plano complexo. A descrição da função majorante como uma função W permite uma melhora nas estimativas de raio de convergência para série de Mayer para pressão. We have considered in this thesis two distinct topics related to classic models in equilibrium statistical mechanics. The first one is the analysis of semilinear parabolic partial differential equations given by a suitable limit (size of block L 1) in the renormalization group for the dipole gas in any dimension d>1. The other topic is the construction of a majorant function (, z) for the thermodynamic -1 whose potential admits a scale decomposition in terms of some stable potential. We are capable to demonstrate the well-posedness (existence, uniqueness and continuous dependence of solutions) for Coulomb gas equations and the global asymptotic convergence of the flow to one of its countably many equilibrium solutions. The dipole gas equations are technically more difficult and lack the results weve achieved in Coulomb gas but, despite its difficulties, we can establish the uniqueness of the trivial solution as a equilibrium ane and its stabilish. At least for hierarchical models, the established results give a definite answer to Gallovotti and Niclolòs conjecture of na infinite of phase transitions. The majorant function is constructed as the solution of a first order quase-linear partial differential equation. By means of the characteristics method we are able to relate its solution (the majorant) to Lamberts W-function whose series expansion possess a singularity given by W-function allows better estimates for Mayer series convergence.

Estudamos o problema que consiste em calcular a distribuição de probabilidade de uma cadeia aleatória de N passos ser um nó com um certo valor de um dado invariante. No caso do invariante abeliano conhecido como número de voltas, nós reproduzimos a solução contida na referência [7]. Com o objetivo de estender esse cálculo, estudamos dois exemplos de invariantes de nó não-abelianos: o polinômio de Jones e o invariante de Turaev. Mostramos que esse último exemplo possui uma interpretação física em termos de uma teoria quântica de vórtices topológicos We study the problem of calculating the probability distribution of a random chain consisting of N steps being a knot corresponding to a certain value of a given invariant. In the case of the abelian invariant known as winding number, we reproduce the solution presented in the reference [7]. In order to extend this calculation, we study two examples of nonabelian knot invariants: the Jones polinomial and the Turaev invariant. We show that this last example has a physical interpretation in terms of a quantum theory of topological vortices.