Extraction of CP Properties of the H(125) Boson Discovered in Proton-Proton Collisions at sqrt(s) = 7 and 8 TeV with the CMS Detector at the LHC

In this thesis we build a novel analysis framework to perform the direct extraction of all possible effective Higgs boson couplings to the neutral electroweak gauge bosons in the H → ZZ^(*) → 4l channel also referred to as the golden channel. We use analytic expressions of the full decay differential cross sections for the H → VV' → 4l process, and the dominant irreducible standard model qq ̄ → 4l background where 4l = 2e2μ,4e,4μ. Detector effects are included through an explicit convolution of these analytic expressions with transfer functions that model the detector responses as well as acceptance and efficiency effects. Using the full set of decay observables, we construct an unbinned 8-dimensional detector level likelihood function which is con- tinuous in the effective couplings, and includes systematics. All potential anomalous couplings of HVV' where V = Z,γ are considered, allowing for general CP even/odd admixtures and any possible phases. We measure the CP-odd mixing between the tree-level HZZ coupling and higher order CP-odd couplings to be compatible with zero, and in the range [−0.40, 0.43], and the mixing between HZZ tree-level coupling and higher order CP -even coupling to be in the ranges [−0.66, −0.57] ∪ [−0.15, 1.00]; namely compatible with a standard model Higgs. We discuss the expected precision in determining the various HVV' couplings in future LHC runs. A powerful and at first glance surprising prediction of the analysis is that with 100-400 fb^-1, the golden channel will be able to start probing the couplings of the Higgs boson to diphotons in the 4l channel. We discuss the implications and further optimization of the methods for the next LHC runs.

Gauge Invariant Spectral Cauchy Characteristic Extraction of Gravitational Waves in Computational General Relativity

We present a complete system for Spectral Cauchy characteristic extraction (Spectral CCE). Implemented in C++ within the Spectral Einstein Code (SpEC), the method employs numerous innovative algorithms to efficiently calculate the Bondi strain, news, and flux.

Spectral CCE was envisioned to ensure physically accurate gravitational wave-forms computed for the Laser Interferometer Gravitational wave Observatory (LIGO) and similar experiments, while working toward a template bank with more than a thousand waveforms to span the binary black hole (BBH) problem’s seven-dimensional parameter space.

The Bondi strain, news, and flux are physical quantities central to efforts to understand and detect astrophysical gravitational wave sources within the Simulations of eXtreme Spacetime (SXS) collaboration, with the ultimate aim of providing the first strong field probe of the Einstein field equation.

In a series of included papers, we demonstrate stability, convergence, and gauge invariance. We also demonstrate agreement between Spectral CCE and the legacy Pitt null code, while achieving a factor of 200 improvement in computational efficiency.

Spectral CCE represents a significant computational advance. It is the foundation upon which further capability will be built, specifically enabling the complete calculation of junk-free, gauge-free, and physically valid waveform data on the fly within SpEC.

Estudo em Escala Piloto de Parâmetros de Monitoramento e Operação de Biopilhas no Tratamento de Solos Contaminados por Hidrocarbonetos de Petróleo

O objetivo do trabalho foi identificar ferramentas e indicadores adequados ao monitoramento e à otimização de processos de biorremediação, incluindo parâmetros físicos, químicos e microbiológicos definidos em estudos de tratabilidade de solos contaminados por óleo cru em escala de laboratório e comparar estratégias de biorremediação, tais como bioestímulo e bioaumento conduzidas em simulações de biopilhas dinâmicas ou estáticas. Quando três métodos de extração de hidrocarbonetos de petróleo de solo arenoso e franco-argiloso para análise cromatográfica (Soxhlet-SOX, microondas-MARS e extração acelerada por solvente-ASE) foram comparados entre si, concluiu-se que a técnica que promove a melhor recuperação depende da fração de interesse (n-alcanos, HRP, MCNR, HPA), das características texturais do solo (teores de areia, silte e argila) e da idade da contaminação. Dentre os indicadores de densidade populacional microbiana (microrganismos heterotróficos totais-PHT, população de fungos-PF e população microbiana degradadora de óleo (PDO) passíveis de utilização para indicar a taxa de degradação de compostos orgânicos presentes no solo tais como os hidrocarbonetos de petróleo, o PDO mostrou-se o mais adequado em conjunto com a produção de CO2 aferida pelo método respirométrico. Quando a estratégia de biorremediação de solo franco-argiloso contaminado com óleo cru a 3% (m m-1) utilizando bioestímulo (ajuste de pH, umidade e taxa C:N:P) foi comparada ao bioaumento (bioestímulo e adição de inóculo de microrganismos extraídos, enriquecidos e aclimatizados ao óleo cru como fonte de carbono), em sistemas de bancada simulando biopilha dinâmica (microcosmo M) e biopilha estática com aeração forçada (reator B), o tratamento que apresentou melhor remoção (32%) de HTP após 121 dias foi o bioaumento em biopilha estática. Para HPA, o tratamento que alcançou a melhor remoção (33%) foi com bioestímulo também em biopilha estática. A avaliação da taxa de mortalidade (%) de Eisenia andrei exposta tanto a solos recém-contaminados por óleo cru e preparados para bioestímulo (BIOS) e bioaumento (BIOA) a serem tratados em biopilhas dinâmicas e estáticas em escala de laboratório mostrou que após 56 dias de exposição da E. andrei, todos os solos produziram letalidade de 100%, quer fossem os solos recém-contaminados e preparados para os diferentes tratamentos (BIOS M, BIOS B, BIOA M, BIOA B) ou após 121 dias de tratamento. Tal resultado confirma que a biorremediação foi incipiente também do ponto de vista de remoção da ecotoxicidade. Em linhas gerais, a biorremediação de solo franco-argiloso contaminado por óleo cru, contendo tanto contaminação antiga quanto recente, reúne os maiores desafios à biorremediação, tanto do ponto de vista da composição textural do solo quanto da natureza do contaminante. Os processos são aparentemente lentos e requerem ferramentas auxiliares para aceleração dos mesmos. Recomenda-se no futuro, condução de experimentos com o uso de diferentes surfactantes, com ênfase em biosurfactantes