Aplicações do formalismo de Keldysh ao transporte e ao bombeamento de calor em nanoestruturas

Num regime balísstico e a baixas temperaturas, a fórmula de Landauer dá uma boa descrição do transporte de calor para nano-junções conectadas a dois fios acoplados a banhos térmicos a temperaturas diferentes. Partindo de um modelo microscópico e utilizando o método de funções de Green fora do equilíbrio, é possível obter uma expressão para a condutância térmica na nano-junção equivalente a fórmula de Landauer. Esta depende dos valores das constantes de acoplamento entre os modos de fônons da região central e dos fios, além do gradiente térmico. A expressão para a condutância térmica é muito semelhante aquela obtida para a condutância elétrica. Neste trabalho nós apresentamos o método para o cálculo de grandezas relacionadas ao transporte térmico em um regime onde não há um gradiente de temperatura entre os reservatórios mas o sistema sofre uma perturbação dependente do tempo. Ou seja, com uma escolha conveniente da parametrização temporal dos termos de acoplamento entre a nano-junção e os fios é possível produzir uma corrente de calor na ausência de diferença de temperaturas entre os banhos térmicos aos quais os fios estão conectados. Esse fenômeno caracteriza o bombeamento de calor. Desenvolvemos uma teoria de transporte dependente do tempo para descrever o bombeamento. A teoria é geral, dependendo da densidade de fônons, da intensidade e dependência temporal do acoplamento. Aplicamos o formalismo em um modelo simples demonstrando que, em princípio, é possível bombear calor através de uma cadeia linear de átomos sem gradiente térmico.

Estudo do impacto do empilhamento em eventos na difração simples dura no CMS/LHC

Apresenta-se neste trabalho um estudo sobre o impacto do empilhamento de eventos (pile-up), nas distribuições das variáveis comumente utilizadas para identificar eventos difrativos, na topologia de difração dura simples produzindo dijatos, nas condições do CMS para baixa luminosidade (2 x 1033 cm -2 s-1). O cenário de baixa luminosidade citado acima equivale aproximadamente a 5 eventos de pile-up em média por cruzamento de pacotes. Para simular o sinal, difrativos (com e sem pile-up), usamos o gerador POMWIG (1). Para os eventos não-difrativos (com e sem pile-up), utilizamos o gerador PYTHIA (2),bem como para a produção dos eventos de pile-up (eventos simulados utilizando eventos de minimum bias).

Estudo dos processos de dijatos exclusivos a √s = 7 TeV no CMS/LHC

Este trabalho apresenta um estudo sobre a produção de dijatos exclusivos em interações pp, do tipo pp → p "+" dijatos "+" p, onde os prótons desta interação permanecem intactos, e o símbolo "+" indica uma lacuna na pseudorapidez, uma região com ausência de atividade hadrônica entre os prótons espalhados e o sistema central de dijatos; este processo é conhecido como produção central exclusiva. A análise utiliza uma amostra de dados que corresponde a uma luminosidade efetiva de 24;48 pb-1 coletados pelo experimento Compact Muon Solenoid (CMS) no Large Hadron Collider (LHC), no ano de 2010, com energia de centro de massa √s = 7 TeV. Este canal possui uma assinatura experimental única, caracterizada pelos prótons espalhados na região frontal, ou a baixos ângulos e duas grandes lacunas opostas. O processo da produção central exclusiva é útil para o entendimento das interações no contexto da QCD.

Propriedades ópticas do Mn2+ em sistemas Mg-Si-O

O objetivo deste trabalho foi investigar amostras do tipo MgSiO dopadas com 1,0% e 5,0% de Mn2+, obtidas em temperatura ambiente que luminesceram na faixa do vermelho. As amostras foram produzidas por reação de estado sólido sob alta temperatura e caracterizadas e pelo método de difração de raios X. Para análise das características físicas presentes na amostra após a dopagem, usamos a espectroscopia de fotoluminescência. Através da teoria do campo cristalino, dos espectros de luminescência e excitação e com a ajuda do diagrama e das matrizes de Tanabe-Sugano, foi possível identificar as luminescências, os níveis de energia excitados, os parâmetros de energia do campo cristalino, os parâmetros de Racah e a simetria do sítio ocupado por Mn2+.

Emissão de CO2 do solo e sua correlação com a rizosfera de diferentes paisagens de áreas mineradas do município de Santo Antônio de Pádua-RJ

Objetivando avaliar o comportamento das emissões de CO2 do solo em áreas mineradas do município de Santo Antônio de Pádua-RJ e sua correlação com a rizosfera, este presente estudo utilizou uma câmara fechada com sensor de infravermelho em três diferentes paisagens, a saber: A-1 (área reflorestada há 10 anos), A-2 (área desmatada) e A-3 (área em processo de recuperação). Em cada área foi instalada três cilindros para efeitos de repetição. O monitoramento foi realizado durante os meses representativos de cada estação do ano de 2013, sendo a análise realizada durante dois dias consecutivos. Concomitantemente as coletas de CO2 foram realizadas coletas de dados de temperatura e umidade do solo, sendo também avaliadas informações pedológicas através das análises de granulometria, porosidade, pH, carbono orgânico e matéria orgânica. Informações meteorológicas e microclimatológicas também foram extraídas através de uma estação meteorológica automática e através de sensores portáteis. Os resultados permitem concluir que existe uma variação sazonal dos fluxos de CO2, havendo uma tendência de máximos de emissão durante o verão e de mínimas durante o inverno, sendo o outono e a primavera marcados por valores medianos. A correlação das áreas entre os dois dias monitoramento indicam que as emissões foram semelhantes ao da análise em dia anterior, apresentando uma correlação significativa a 5% para A-1 e A-2 e de 1% para A-3. A-1 e A-2 apresentaram emissões de CO2 mais homogêneas que A-3, havendo, entretanto, um maior fluxo de CO2 durante o verão para todas as áreas. Os dados de MOS, COS e pH demonstraram não haver uma correlação direta com as emissões de CO2. Os dados de porosidade e densidade, porém, apontam para uma possível correlação com as menores emissões de CO2 em A-3 devido a menor porosidade e maior densidade de seus solos. A temperatura do solo foi a variável que mais se correlacionou com as emissões de CO2, havendo um índice igual a r =0,68 para A-1 e de r =0,74 para A-2, sendo que em A-3 esta correlação não foi significativa. A temperatura do ar demonstrou uma correlação somente na área descampada de A-2. No que se refere à correlação da umidade do solo não houve correlações diretas significativas, sendo que somente houve uma correlação negativa (r=-0,50) significativa a 5% em A-3 com a umidade do ar. O diagnóstico ambiental das áreas de monitoramento revela que estas possuem baixos indicadores de qualidade, sendo afetados também pela escassez hídrica da região durante oito meses do ano. A-1 apresenta os melhores indicadores biológicos, químicos e microclimáticos, seguidos por A-2 e A-3 que apresentam diversas deficiências e problemas em termos de estrutura e atividade biológica dos solos. Neste estudo permite-se concluir que áreas próximas, porém com características distintas podem produzir diferentes padrões de emissão de CO2, dificultando, portanto, estimativas globais de emissão de CO2. Os elementos mais associados às emissões de CO2 parecem estar relacionados à temperatura do solo e do ar, umidade do ar e estrutura do solo, havendo, entretanto, outros fatores que podem estar indiretamente relacionados e que exercem diferentes influências de acordo com o ambiente analisado.

Caracterização óptica e estrutural de materiais isolantes dopados com metais de transição do grupo do ferro

O objetivo deste trabalho foi a investigação das propriedades ópticas e estruturais de materiais isolantes contendo metais de transição do grupo do ferro como impurezas substitucionais. As técnicas usadas para o estudo de amostras MgGa2O4, MgGa2O4 + B- Ga2O3 e ZnGa2O4 dopadas com Cr3+e Fe3+ foram: fotoluminescência, excitação, difração de raios-X, espalhamento de nêutrons, método de Rietveld para o refinamento da estrutura e espectroscopia fotoacústica. Estas técnicas permitem a determinação da coordenação do sítio impureza, a atribuição das transições de energia, o cálculo dos parâmetros de energia e a determinação de propriedades cristalográficas. As amostras apresentam largas bandas de energia nas regiões do visível e do infravermelho. Estas transições indicam a relevância deste estudo pelo interesse tecnológico na obtenção de novos materais com bandas sintonizáveis. No primeiro capítulo apresentamos uma introdução à teoria de campo cristalino. No segundo capítulo apresentamos medidas de fotoluminescência e excitação do MgGa2O4 dopado com 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0 % de Cr3+ a 77 K e temperatura ambiente. No terceiro capítulo usamos fotoluminescência, excitação, espalhamento de nêutrons, difração de raios X, fotoacústica e método de refino de Rietveld para analisar o sistema MgGa2O4 + B-Ga2O3 contendo 0,1, 0,5, 1,0 e 5,0 % de Cr3+. No quarto capítulo mostramos resultados de fotoacústica para o ZnGa2O4 dopado com 5% e 10% de Fe3+.

Identificação da formação de titanato de bário a partir de mistura reacional calcinada em diferentes temperaturas via difração de raios X, espectroscopia fotoacústica e análise térmica

Os materiais ferroelétricos têm sido utilizados em muitas áreas da tecnologia e da ciência, pois possuem um grande número de aplicações, como: sensores; transdutores; capacitores; dispositivos ópticos; dentre outras. A busca por novos materiais cerâmicos ferroelétricos tem sido grande. Um dos materiais cerâmicos ferroelétricos mais estudados é o titanato de bário (BT). São vários os métodos de produção e caracterização do titanato de bário. Neste trabalho, pós cerâmicos de titanato de bário foram obtidos por reação do estado sólido a partir de misturas reacionais calcinadas em diferentes temperaturas entre 400C e 900C. Foram três as misturas reacionais: não dopadas; dopadas com 1%; e dopadas com 5% de dióxido de cério (CeO2). A identificação da formação do BT, nos pós cerâmicos produzidos, foi feita a partir de três técnicas de caracterização: difração de raios X (DRX); espectroscopia fotoacústica (PAS); e técnicas de análise térmica. Com a técnica DRX, difratogramas mostraram que a plena formação do titanato de bário ocorreu a partir da temperatura de calcinação de 700C. Para a amostra não dopada com cério e calcinada a 800C, houve deslocamento de todos os picos de difração. Nas amostras dopadas com dióxido de cério houve deslocamento de todos os picos de difração, em relação as amostras não dopadas. Observou-se também que nas amostras dopadas com 5% de CeO2, e calcinadas a 700C e 800C, resíduos de dióxido de cério foram observados nos difratogramas. Com a técnica PAS, espectros de absorção foram obtidos. Foi possível observar uma grande diferença de absorção da amostra calcinada a 600 e 630C, indicando a formação do titanato de bário a partir da temperatura de 630C, nas amostras sem a dopagem dióxido de cério. Houve um alargamento nas bandas de absorção a partir da temperatura de 600C, quando o dióxido de cério entrou na matriz. Foi também possível determinar as energias de band-gap das amostras utilizando o método de Tauc. Com as técnicas de análise térmica, em especial através da técnica termogravimétrica (TG/DTG), foi comprovado que até 400C não havia formação de titanato de bário. Visto que nesta temperatura de calcinação houve a maior perda de massa durante a rampa de aquecimento. O início da formação do titanato de bário foi observado a partir da temperatura de calcinação de 500C, assim como nas técnicas DRX e PAS. Portanto, com os resultados apresentados, foi demonstrada a identificação da formação do titanato de bário nas misturas reacionais calcinadas, com auxílio das potencialidades das três técnicas utilizadas.

Processos estocásticos em teoria de campos e aplicação ao universo inflacionário

É conhecido que derivações microscópicas obtidas através de métodos de teoria quântica de campos (TQC) podem conduzir a complicadas equações de movimento (EdM) que possuem um termo dissipativo com memória e um termo de ruído colorido. Um caso particularmente interessante é o modelo que escreve a interação entre um sistema e um banho térmico a temperatura T. Motivado por isso, usamos uma prescrição que nos permite reescrever EdMs não-markovianas semelhantes as obtidas em TQC em termos de um sistema de equações locais, para então confrontarmos a solução desse sistema com a solução aproximada usada correntemente na literatura, a chamada aproximação markoviana. A pergunta chave a qual se pretende responder aqui é: dado um conjunto de parâmetros que descrevem o modelo, a aproximação markoviana é suficientemente boa para descrever a dinâmica do sistema se comparada a dinâmica obtida atravéS da EdM não-markoviana? Além disso, consideramos uma versão linear da ELG de forma que pudéssemos determinar o nível de confiança da nossa metodologia numérica, procedimento este realizado comparando-se a solução analítica com a solução numérica. Como exemplo de aplicação prática do tema discutido aqui, comparamos a evolução não-markoviana do inflaton com a evolução markoviana do mesmo num modelo de universo primordial denominado inflação não-isentrópica (warm inflation).

Influência da reorientação de spin nas propriedades termomagnéticas dos compostos da série Ho1-yGdyAl2

Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e termomagnéticas dos pseudobinários Ho1-yGdyAl2, através de abordagens experimentais e teóricas. A parte experimental envolveu a preparação de cinco amostras, com as concentrações y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1, assim como medidas de magnetização, calor especifico e da variação adiabática da temperatura. Na parte teórica usamos um hamiltoniano modelo que leva em consideração a interação dos íons com o campo magnético aplicado, com o campo elétrico cristalino e a troca entre os íons magnéticos. A entropia da rede foi considerada na aproximação de Debye e a entropia eletrônica na aproximação do gás de elétrons livres. A influência das reorientações de spin, espontâneas e induzidas pelo campo magnético, na magnetização e no calor especifico foram investigadas sistematicamente tanto a partir de dados experimentais quanto teoricamente. Também obtemos resultados teóricos para a variação de entropia e variação adiabática da temperatura alterando a intensidade ou a direção do campo magnético.

Constantes de acoplamento de vértices com mésons estranhos e charmosos usando as regras de soma da QCD

Neste trabalho, foram calculados os fatores de forma e as constantes de acoplamento dos vértices mesônicos J/ψ DsDs, J/ψ Ds*Ds e J/ψ Ds*Ds*usando a técnica das regras de soma da QCD (RSQCD) até a ordem 5 da OPE. Estes três vértices estão envolvidos em algumas das numerosas hipóteses que tentam explicar a estrutura interna de alguns mésons charmosos exóticos que começaram a ser observados a partir de 2003. Tais mésons não se encaixam no espectro do charmonium e/ou apresentam números quânticos exóticos dentro do modelo CQM (constituent quark model). Um exemplo é o méson Y(4140), cujo decaimento observado é no par J/ψφ enquanto o esperado seria que tivesse decaimento predominante em mésons com open charm, devido à sua massa. Uma das propostas para se entender este méson consiste em estudá-lo como um estado molecular Ds*ar{D}s*, de modo que seu decaimento seria Y(4140) → Ds* ar{D}s* → J/ψφ. Neste processo, aparecerão os vértices de interação estudados neste trabalho, de maneira que o conhecimento mais preciso de seus fatores de forma e de suas constantes de acoplamento pode beneficiar a compreensão sobre a constituição fundamental do Y(4140) assim como a de outros novos estados como o X(4350), Y(4274) e Y(4660) por exemplo. Foram considerados neste trabalho, todos os casos off-shell possíveis para cada um dos três vértices, obtendo assim dois fatores de forma distintos para o vértice J/ψ DsDs, três para o vértice J/ψ Ds*Ds e dois para o vértice J/ψ Ds* Ds*. Nestes três vértices, os fatores de forma para o caso J/ψ off-shell foram bem ajustados por curvas monopolares enquanto os casos Ds e Ds* foram ajustados por curvas exponenciais, o que está de acordo com o comportamento encontrado em trabalhos anteriores do grupo. Os cálculos das constantes de acoplamento tiveram como resultados: g_{J/ψ Ds Ds} = 5.98^{+0.67}_{ -0.58}, g_{J/ψ D*s Ds} = 4.30_{+0.41}^{-0.35}GeV^{-1} e g_{J/ψ Ds* Ds*} = 7.47^{+1.04}_{-0.71}, resultados estes que estão compatíveis com os trabalhos anteriores que utilizaram as RSQCD para o cálculo das constantes de acoplamento dos vértices J/ψ D(*)D(*).

Procura do bóson de Higgs no canal de decaimento H → W+ W- →+ν-ν utilizando a técnica de elemento de matriz no experimento CMS do CERN

Nesta dissertação apresento as atividades que foram desenvolvidas durante o período de mestrado, que teve como objetivo o desenvolvimento da Técnica de Análise de dados através do Método de Elemento de Matriz (ME) para procura do Bóson de Higgs no experimento CMS. A proposta foi utilizar uma técnica de análise de dados relativamente nova, conhecida como Método do Elemento de Matriz (ME). Esta técnica foi desenvolvida e utilizada recentemente para aplicação na física do quark top nos experimentos D0 e CDF do Tevatron (FERMILAB). Entretanto, ainda não existem estudos envolvendo a aplicação da mesma para a física do Higgs no LHC. O método de ME foi aplicado na procura do Higgs no canal de decaimento H → W+ W- →+ν-ν, qual os estudos atuais apontam como sendo um dos canais com maior potencial de descoberta, principalmente nesta fase inicial em que a estatística ainda será muito limitada.

Estudo do escalonamento de volume finito na transição de fase do grupo de calibre Z(2) na rede

Neste trabalho estudamos a dependência com o tamanho do sistema dos observáveis relacionados com a transição de fase de 1 ordem do rupo de calibre Z(2) em 4 dimensões. Foram realizadas simulações de Monte Carlo numa rede cúbica para diferentes valores da aresta, utilizando o método do Banho Térmico para sortear os elementos do grupo na rede.

Observação de eventos de dijatos de alto pT separados por uma lacuna de rapidez no contexto de BFKL no CMS

Apresenta-se neste trabalho um estudo da produção de eventos de dijatos com alto momentum transverso separados por uma lacuna de rapidez, na topologia de jato+lacuna+jato, nos primeiro período de coleta de dados do CMS a √s = 7 TeV, isto é, para baixa luminosidade (1034cm-2s-1). A escala dura do evento é apresentada na forma dos dois jatos e da lacuna de rapidez no estado final. No contexto de BFKL, uma escada de glúons é trocada no canal t do espalhamento partônico. O processo acima foi simulado com o gerador HARDCOL (1), onde é implementado o cálculo de BFKL até ordem dominante de logaritmo ln s. As amostras foram simuladas e reconstruídas pelo software do CMS. Como evento de fundo dominante, temos a combinação de um evento de QCD com eventos de empilhamento na mesma colisão de feixe no LHC, onde observamos o excesso de dados sobre os eventos de fundo. Através do estudo dos jatos e da baixa atividade na região da lacuna, mostra-se a possibilidade de se observar os eventos com lacuna de rapidez a √s = 7 TeV.

Procura do bóson de Higgs a partir da fusão de bósons vetoriais no Experimento CMS

O presente trabalho tem por finalidade determinar a luminosidade necessária para se impor um limite para exclusão e a signifucância para evidência e descoberta para um bóson de Higgs de mH = 200 GeV no canal qqH → ZZ → 4. Também, apresenta-se uma crítica a qualidade da relação sinal/fundo em eventos de fusão de bósons vetoriais conhecida da literatura atual.

Efeitos magnetocalórico e barocalórico em compostos com transição de fase de primeira ordem

Nesta tese discutimos sistematicamente os efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos com transição de fase magnética de primeira e de segunda ordem em sistemas físicos cujo magnetismo tem carater local. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de momentos magnéticos locais interagentes, incluindo um termo de acoplamento magnetoelástico. Nossos cálculos mostram que a relação entre a interação de troca e o acoplamento magnetoelástico é responsável pela ordem da transição de fase e pelo aparecimento da histerese térmica e magnética. Os resultados mostram que as grandezas magnetocalóricas exibem grandes valores quando o sistema sofre uma transição de fase de primeira ordem. Além disso, quando existe uma histerese visível as grandezas magnetocalóricas dependem do processo de aquecimento e resfriamento do sistema. Ainda de acordo com nossos resultados, existe um efeito barocalórico normal (sistema aquece sob aumento de pressão) quando a pressão aplicada aumenta a temperatura de ordenamento magnético sem alterar a ordem da transição de fase magnética. O efeito barocalórico inverso (sistema resfria sob aumento de pressão) ocorre quando a pressão aplicada diminui a temperatura crítica sem mudar a ordem da transição de fase. Nossos cálculos mostram, ainda, que um efeito barocalórico anômalo (mudança de sinal nas grandezas barocalóricas) ocorre em casos especiais onde a pressão aplicada muda a natureza da transição de fase magnética do primeira para segunda ordem e vice-versa.