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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Física de Partículas [ 25 tesis ]

Natiello, Mario Alberto. "La localización de orbitales en el análisis de las constantes de acoplamiento de spin" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Solari, Hernán Gustavo. "Dinámica variacional en el problema de muchos cuerpos : El tratamiento de las simetrías" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Piriz, Antonio Roberto. "Plasmas producidos por la ablación de partículas sólidas mediante intensa radiación laser" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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González, Alejandro Daniel. "Emisión de radiación en colisiones ión-átomo en altas energías" (1987) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Esta tesis trata sobre la teoría de la emisión de radiación continua de un sistema de tres partículas cargadas en colisión: un proyectil pesado, un núcleo blanco y un electrón activo. En el capitulo 2 se desarrolla el formalismo general con en tratamiento no relativista. El elemento de matriz de interacción materia-radiación se calcula en primer orden perturbador, entre funciones de onda que satisfacen exactamente el Hamiltoneano mecánico, el cual incluye sólo las interacciones entre las partículas. Se encuentra que este elemento de matriz está compuesto por tres términos que representan: bremsstrahlung del centro de masa, el bremsstrahlung entre sistemas y bremsstrahlung electrónico. En cada paso imponemos la propiedad de ortogonalidad de las funcionas de onda. La teoría se desarrolla considerando el impulso del fotón, y luego, para tratar los casos particulares se realiza la aproximación dipolar. En esta aproximación el centro de masa no emite radiación. El bremsstrahlung electrónico se calcula usando distintas funciones de onda aproximadas. Estas son elegidas teniendo en cuenta su capacidad para describir correctamente el proceso mecánico. Considerando un electrón activo en la colisión, la radiación emitida se identifica como alguno de los siguientes cuatro procesos, a saber: captura electrónica radiativa, ionización radiativa, dispersión elástica radiativa y excitación y desexcitación radiativa. El capítulo 3 trata sobre la captura radiativa. Ésta resulta ser, para determinados sistemas, el proceso dominante en altas energías de impacto. Se calculan espectros fotónicos de captura radiativa, considerando las transiciones entre distintas capas electrónicas, del proyectil y del blanco. Se compara la teoría con resultados experimentales, y se concluye que ciertas estructuras que aparecen en los experimentos se explican satisfactoriamente en términos de transiciones de estados excitados de proyectil. En la sección 3.9 comparamos resultados teóricos con experimentales utilizando distintas aproximaciones para describir blancos electromecánicos. Encontramos que existen grandes diferencias entre los distintos modelos a nivel de secciones eficaces diferenciales, aun cuando las secciones eficaces totales son similares. El capitulo 4 trata sobre los procesos radiativos directos. Se obtiene el elemento de matriz del bremsstrahlung electrónico en la aproximación eikonal simétrica. Se compara la dispersión elástica radiativa con los resultados experimentales correspondientes a protones sobre láminas de aluminio. Se encuentra un buen acuerdo con los experimentos y con resultados teóricos previos, para los espectros fotónicos. También se presentan secciones eficaces diferenciales y totales para los procesos de excitación y desexcitación radiativa. Se encuentra que el primero provee secciones eficaces pequeñas comparadas con las del proceso mecánico. El espectro asociado a la desexcitación produce la emisión continua alrededor de la línea característica, inducida por el paso del proyectil. Se muestran resultados de espectros, en donde se aprecia el llamado ensanchamiento por colisión.

Cardona, María Angélica. "Medicion de probabilidades de transición electromagnéticas en núcleos de masa intermedia: A (semejante) 80" (1988) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Hojman, Daniel. "Estructuras de alto momento angular en isótopos doblemente impares de la zona deformada de las tierras raras pesadas" (1990) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Gerber, Cecilia Elena. "Determinación de las secciones eficaces de producción de los bosones W y Z en su decaimiento muónico en colisiones pp a raíz cuadrada de s igual 1.8 TeV con el detector DO" (1995) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Tomasi, Dardo Gustavo. "Reacciones nucleares de transferencia inducidas por Iones Pesados" (1996) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Spinella, María Rosa. "Dispersión de electrones de baja energía por agregados metálicos" (1996) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se presenta un estudio teórico sobre la respuesta que exhiben los agregados metílicos neutros e iónicos frente al impacto de electrones de baja energía (hasta 5 eV). Se analiza la dispersión elástica provocada por blancos de Nan, (n =8, 20 y 40) y Na+_{41}. En los casos de agregados neutros las secciones eficaces totales en función de la energía incidente muestran resonancias relacionadas con la existencia de estados cuasi-ligados del electrón incidente. Para el caso i6nico se estudian los cocientes entre las secciones eficaces diferenciales calculadas y las secciones eficaces de Rutherford, a energías que están cerca y lejos de una energía de resonancia. También se realiza una evaluación de las amplitudes de transición inelisticas correspondientes a excitaciones de tipo partícula-agujero en los agregados de Na, (n =8 y 20) y Na: (n =9 3 21), empleando la aproximación de ondas distorsionadas de Born. Aqui también las secciones eficaces totales presentan resonancias a ciertas energías incidentes asociadas con estados cuasi-ligados del electrón incidente en los canales elásticos de entrada y/o en los de salida.

Abstract:
A theoretical study of the response of neutral and ionized metal clusters to the impact of slow electrons (up to 5eV) is presented. An analysis of the elastic scattering produced by Nan (n =8, 20 and 40) and Na+_{41} targets is performed. The total cross section for the neutral cluster presents resonances related with the existence of quasi-bound states when studied as a function of the incident energy. For the ionized cluster, the ratio of the calculated differential cross section to the Rutherford cross section, at energies near and far from the energy of a resonance are studied. An evaluation of inelastic transition amplitudes corresponding to particle--hole excitations in the clusters Nan (n =8 y 20)and Na+_n (n =9 y 21) is also performed using the Distorted Wave Born approximation. Also here, the cross sections present resonances at incident energies associated to quasi-bound states of the incident electron in the incoming and/or outgoing channels.

Capurro, Oscar A.. "Valor medio de la distribución de espín a través de relaciones isoméricas" (1997) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Tanasijczuk, Andrés Jorge. "Medición de la sección eficaz de producción de single top en colisiones protón-antiprotón a 1.96 TeV" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La presente tesis describe la búsqueda de quarks top producidos de manera simple (a diferencia de la producción en pares top-antitop) a través de un vértice de la interacción electrodébil en colisiones protón-antiprotón a una energía de centro de masa de raiz cuadrada de s=1:96 TeV. El análisis utiliza un total de 2.3 fb*-1 de datos colectados con el detector DØ en Fermilab, correspondientes a dos períodos diferentes de corrida del colisionador Tevatron. En el Tevatron son dos los canales que contribuyen a la producción simple de quarks top, el canal s y el canal t. En el canal s, la aniquilación de un quark y un antiquark produce un bosón W virtual, el cual luego decae en un quark top y un quark bottom. El quark top decae casi de manera exclusiva en un bosón W y un quark bottom. Aquí se consideran los estados finales en los que el bosón W decae leptónicamente en un electrón o un muón más un neutrino. Así, a nivel del detector, el estado final que caracteriza al canal s contiene un leptón, energía faltante que da cuenta del neutrino, y dos jets correspondientes a los dos quarks bottom. En el canal t, el estado final contiene un jet adicional proveniente de un quark liviano. Claramente, una reconstrucción precisa de los eventos requiere una medición precisa de la energía de los jets. Dado que la cantidad de eventos de fondo es enorme aún después de aplicar una selección de eventos, se utiliza una técnica de multivariables, redes neuronales bayesianas, para separar la señal del fondo. Para medir la sección eficaz de quarks top simples se computa una probabilidad bayesiana. Asumiendo que el exceso observado se debe a eventos de quarks top simples, la sección eficaz de producción de quarks top simples medida es sigma(p p -> tb + X, tqb + X) = 4:70*(+1,18) pb. (-0,93) El exceso observado se asocia con un valor-p de (3.2 +/- 2.3)x10*(-8), asumiendo la hipótesis de la presencia de únicamente eventos de fondo. Dicho valor-p corresponde a un exceso sobre el fondo de 5.4 desviaciones estándar para una densidad gaussiana. El valor-p computado usando la sección eficaz del modelo estándar de 3.46 pb para la señal es (22.7 +/- 0.6)x10*(-6), correspondiente a una significancia esperada de 4.08 desviaciones estándar.

Abstract:
This thesis describes a search for singly produced top quarks via an electroweak vertex in head-on proton-antiproton collisions at a center of mass energy of square root s = 1:96 TeV. The analysis uses a total of 2.3 fb*(-1) of data collected with the DØ detector at Fermilab, corresponding to two different run periods of the Tevatron collider. Two channels contribute to single top quark production at the Tevatron, the s-channel and the tchannel. In the s-channel, a virtual W boson is produced from the aniquilation of a quark and an antiquark and a top and a bottom quarks are produced from the W decay. The top quark decays almost exclusively into a W boson and a bottom quark. Final states are considered in which the W boson decays leptonically into an electron or a muon plus a neutrino. Thus, at the detector level, the final state characterizing the s-channel contains one lepton, missing energy accounting for the neutrino, and two jets from the two bottom quarks. In the t-channel, the final state has an additional jet coming from a light quark. Clearly, a precise reconstruction of the events requires a precise measurement of the energy of the jets. A multivariate technique, Bayesian neural networks, is used to extract the single top signal from the overwhelming background still left after event selection. A Bayesian likelihood probability is then computed to measure the single top cross section. Assuming the observed excess is due to single top events, the measured single top quark production cross section is sigma(p p -> tb + X, tqb + X) = 4:70*(+1,18) pb. (-0,93) The observed excess is associated with a p-value of (3.2 +/- 2.3)x10*(-8), assuming the background-only hypothesis. This p-value corresponds to an excess over background of 5.4 standard deviations for a Gaussian density. The p-value computed using the standard model signal cross section of 3.46 pb is (22.7 +/- 0.6)x10(-6), corresponding to an expected significance of 4.08 standard deviations.

Tiffenberg, Javier. "Búsqueda de neutrinos cósmicos ultra energéticos con el observatorio Pierre Auger" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger es sensible a neutrinos de todos los sabores con energía por encima de 0,1 eV. Estos interactúan en la atmósfera mediante corrientes cargadas y neutras, iniciando cascadas atmosféricas extendidas. Al interactuar profundo en la atmófera a incidencia casi horizontal, los neutrinos pueden ser distinguidos del fondo producido por rayos cósmicos de origen hadrónico gracias a la estructura temporalmente extendida de las señales que producen en los detectores Che- renkov de agua. En este trabajo se presenta por primera vez un análisis basado en neutrinos descendentes. Se describe el procedimiento de búqueda, las posibles fuentes de fondo, el método desarrollado para calcular la exposición y las incertezas sistemáticas asociadas. Ningún candidato a neutrino fue encontrado en los datos adquiridos entre 1-Ene-2004 hasta 31-May-2010. Asumiendo un flujo diferencial típico Φ(Eν ) = k · EνE-2 , se fijo un límite sobre el flujo de neutrinos de cada sabor de k <1.65 × 10E−7 GeV cmE−2 sE−1 srE−1 con un nivel de confianza del 90 %.

Abstract:
The Surface Detector of the Pierre Auger Observatory is sensitive to neutrinos of all flavours above 0.1 EeV. These interact through charged and neutral currents in the atmosphere giving rise to extended air showers. When interacting deeply in the atmosphere at nearly horizontal incidence, neutrinos can be distinguished from regular hadronic cosmic rays by the broad time structure of the signals in the water-Cherenkov detectors. In this paper we present for the first time an analysis based on down-going neutri- nos. We describe the search procedure, the possible sources of background, the method to compute the exposure and the associated systematic uncer- tainties. No candidate neutrinos have been found in the data collected from 1 January 2004 to 31 May 2010. Assuming a differential flux Φ(Eν ) = k · EνE-2 in the energy range from 0.1 to 10 EeV, we place a 90 % CL upper limit on the single flavour neutrino flux of k < 1.65 × 10E−7 GeV cmE−2 sE−1 srE−1

Romeo, Gastón Leonardo. "Búsqueda de supersimetría en estados finales con energía faltante y al menos tres b-jets" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La teoría de Supersimetria (SUSY) es una candidata principal para describir la física mas allá del Modelo Estándar (ME) puesto que tiene el potencial para ofrecer una integración consistente y natural del ME dentro de una teoría más general cuya escala natural es la escala de Planck (MP). El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y el experimento ATLAS han sido diseñados para ser capaces de determinar si SUSY es una descripción correcta de la Naturaleza. Esta tesis presenta los resultados de la primera búsqueda de quarks escalares top y bottom a partir de la producción de pares de gluinos en eventos con energía faltante y al menos tres b-jets. El análisis es llevado a cabo con una luminosidad integrada total correspondiente a 4.7 fb¯¹ de colisiones protón-protón a una energía de centro de masa √s = 7 TeV. Una optimización exhaustiva ha sido efectuada con el objetivo de seleccionar topologías diferentes que involucran partículas supersimétricas, a partir de la cual cinco regiones enriquecidas de señal han sido elegidas para identificar candidatos posibles de eventos SUSY. Los resultados obtenidos en cada una de las cinco regiones se encuentran en buen acuerdo con las predicciones del ME. En consecuencia, se establecieron límites de exclusión con un intervalo de confianza del 95 % para una variedad de modelos con producción de pares de gluinos, excluyendo masas de gluinos de hasta 1.02 TeV. Estos límites son los más estrictos obtenidos hasta ahora por experimentos en colisionadores, e imponen severas restricciones fenomenológicas.

Abstract:
Supersymmetry (SUSY) is a leading candidate theory for describing physics beyond the Standard Model (SM) as it has the potential for providing a consistent and natural embedding of the SM in a more general theory whose natural scale is the Planck scale (MP ). The Large Hadron Collider (LHC) and the ATLAS experiment have been designed with the capability to determine whether SUSY is a correct description of Nature. This thesis presents the results of the first search for top and bottom squarks from gluino pair production in events with large missing transverse momentum and at least three jets identified as originating from a b-quark. The analysis is performed with a total integrated luminosity corresponding to 4.7 fb¯¹ of proton-proton collisions at center-of-mass energy √s = 7. An exhaustive optimization has been done targeting different topologies involving SUSY particles, from which five enriched signal regions (SR) have been chosen to identify possible SUSY-like event candidates with at least three b-jets and missing transverse energy. The results obtained in each of the five SR have been found to be in good agreement with the SM predictions. Therefore, exclusion limits at 95% confidence level are presented for a variety of gluino-mediated models with gluino masses up to 1.02 TeV excluded. These are the most stringent limits obtained up to now by collider experiments, and impose harsh constraints in several supersymmetric models.

González Silva, María Laura. "Identificación de jets con hadrones b producidos por desdoblamiento de gluones con el detector ATLAS" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se presenta un estudio de la subestructura de jets que contienen hadrones b con el propósito de distinguir entre jets-b genuinos, donde el quark b se origina a nivel de elemento de matriz (por ejemplo, en decaimientos de top, W, o Higgs) y jets-b producidos en la lluvia partónica de QCD, por el desdoblamiento de un gluón en un quark y un antiquark b cercanos entre sí. La posibilidad de rechazar jets-b producidos por gluones es importante para reducir el fondo de QCD en análisis de física dentro del Modelo Estándar, y en la búsqueda de canales de nueva física que involucran quarks b en el estado final. A tal efecto, se diseñó una técnica de separación que explota las diferencias cinemáticas y topológicas entre ambos tipos de jets-b. Esta se basa en observables sensibles a la estructura interna de los jets, construídos a partir de trazas asociadas a éstos y combinados en un análisis de multivariable. En eventos simulados, el algoritmo rechaza 95% (50%) de jets con dos hadrones b mientras que retiene el 50% (90%) de los jets-b genuinos, aunque los valores exactos dependen de pT , el momento transverso del jet. El método desarrollado se aplica para medir la fracción de jets con dos hadrones b en función del pT del jet, con 4,7 fb¹ de datos de colisiones pp a √s= 7 TeV, recogidos por el experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones en 2011.

Abstract:
This thesis presents a study of the substructure of jets containing bhadrons with the purpose of distinguishing between “single” b-jets, where the b-quark originates at the matrix-element level of a physical process (e.g. top, W or Higgs decay) and “merged” b-jets, produced in the parton shower QCD splitting of a gluon into a collimated b quark-antiquark pair. The ability to reject b-jets from gluon splitting is important to reduce the QCD background in Standard Model analyses and in new physics searches that rely on b-quarks in the final state. A separation technique has been designed that exploits the kinematic and topological differences between both kinds of b-jets using track-based jet shape and jet substructure variables combined in a multivariate likelihood analysis. In simulated events, the algorithm rejects 95% (50%) of merged b-jets while retaining 50% (90%) of the single b-jets, although the exact values depend on pT , the jet transverse momentum. The method developed is applied to measure the fraction of double b-hadron jets as a function of jet pT , using 4.7 fb‾¹ of pp collision data at √s = 7 TeV collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider in 2011.

Figueira, Juan Manuel. "Estudio de la tasa de reacción 30P(alfa, p)33S de interés astrofísico en erupciones de rayos X" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los procesos que ocurren en la superficie de una estrella de neutrones durante erupciones de rayos X incluyen cientos de reacciones (p, γ) y (α, p) diferentes, la mayoría de las cuales involucran núcleos radiactivos de corta vida media. Las estimaciones de la mayoría de las tasas de reacción están aún basadas en cálculos realizados utilizando el modelo estadístico de Hauser-Feshbach, ya que en el pasado no eran posibles las mediciones directas de estas reacciones. Sin embargo, la aplicabilidad de un tratamiento estadístico con núcleos de masa liviana y media es cuestionable. Unicamente en los ultimos años los haces de núcleos radioactivos se han vuelto accesibles experimentalmente y se han llevado a cabo las primeras mediciones directas de este tipo de reacciones. Debido a que las intensidades de los haces disponibles en las instalaciones actuales de haces radiactivos siguen siendo 3–5 órdenes de magnitud menores que las disponibles con haces estables, estas mediciones no pueden aún llevarse a cabo en el rango de energías astrofísicas. En consecuencia los experimentos son realizados a mayores energías y luego se extrapolan a la región de interés. Otras dificultades se originan debido la a presencia de impurezas en el haz, que a veces pueden incluso ser la parte dominante del mismo. Por estas razones es necesario que sean desarrolladas técnicas experimentales novedosas. En este trabajo se desarrolló una nueva técnica utilizando un espectrómetro magnético lleno de gas, la cual permite el estudio de reacciones (α, p) de interés astrofísico en cinemática inversa y por medio de las reacciones temporales inversas. Además se midieron las secciones eficaces de la reacción 30 P(α, p)33 S, de relevancia en modelos de nucleosíntesis en explosiones de rayos X, en el rango de energía Ec.m. = 2,83 a 4,38 MeV y se compararon con cálculos de Hauser-Feshbach. Las secciones eficaces experimentales resultaron ser un factor de alrededor de 7 a 8 menores que los resultados teóricos. A partir de estas secciones eficaces experimentales, se calculó la tasa de reacción estelar en función de la temperatura en el rango de aproximadamente 0,1–10 GK relevante para las erupciones de rayos X. Se discuten las posibles consecuencias para la nucleosíntesis en ese tipo de erupciones

Abstract:
The processes occurring on the surface of a neutron star during X-ray bursts usually include hundreds of different (p, γ) and (α, p) reactions, the majority involving short-lived radioactive nuclei. The estimates of most reaction rates are based on statistical Hauser-Feshbach calculations since direct measurements of these reactions were not possible in the past. The applicability of a statistical treatment for light and medium mass nuclei, however, is questionable. Only in recent years have beams of short-lived nuclei become experimentally accessible and the first direct measurements of these reactions been performed. Because the beam intensities available at existing radioactive beam facilities are still 3–5 orders of magnitude smaller than what is available with stable beams, these measurements can not yet be done at astrophysical energies. Consequently experiments are usually studied at higher energies, which are then extrapolated into the region of interest. Other difficulties originate from the presence of beam impurities which sometimes can be the dominant part of the incident beam. For these reasons novel experimental techniques need to be developed. In this work, a new technique has been developed using a gas-filled magnetic spectrograph which enables the study of (α, p) reactions of astrophysical interest in inverse kinematics and by means of the time-reverse reactions. Using this technique, cross sections of the 30 P(α, p)33 S reaction, relevant to X-ray burst nucleosynthesis models, were measured in the energy range Ec.m. = 2.83–4.38 MeV and compared with Hauser-Feshbach calculations. The experimental cross sections were found to be a factor of around 7–8 smaller than the theoretical results. From these experimental cross sections, the stellar reaction rate was calculated as a function of temperature in the range relevant to X-ray bursts of about 0.1–10 GK. Possible implications for nucleosynthesis in X-ray bursts are discussed

Cieri, Leandro Javier. "Producción de partículas en colisionadores hadrónicos" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El presente trabajo versa sobre el cálculo de secciones eficaces para colisionadores hadrónicos. La motivación principal, que constituye el eje de esta tesis, es la de realizar tales cálculos con la mayor precisión posible. En particular incrementar para diversos procesos la precisión hasta ahora disponible de los mismos, cuando se le calculan las correcciones de QCD (Quantum ChromoDynamics) radiativas correspondientes. El método utilizado para tales propósitos, que permite lidiar con procesos cuyo estado final no posea color (producción de pares de leptones, bosones vectoriales, bosones de Higgs, etc), es una variante del método de sustracción y posibilita el cómputo de observables numéricamente de forma libre de divergencias infrarojas. Para cancelar tales divergencias nos valemos del comportamiento universal de las distribuciones asociadas en momento transverso (qT ) en la región de qT pequeño. Este método es ilustrado de forma general en el presente trabajo hasta el next-to-next-to-leading order (NNLO) en teoría de perturbaciones de QCD, y requiere, por lo tanto, del conocimiento de los coeficientes hard-collinear a NNLO (H2), de las contribuciones logarítmicas resumadas a todo orden a pequeño momento transverso qT . En esta tesis se calculan explicitamente los coeficientes H2 a NNLO, para el caso de producción de bosones vectoriales (Drell-Yan) y de producción de par de fotones (di-fotones), como así también la forma general de tal coeficiente que permite calcularlo para cualquier proceso cuyo estado final no posea color. De esta forma la variante del método de sustracción presentada queda completamente especificada a NNLO, siendo así utilizable por el resto de la comunidad, para cualquier observable que no posea color en su estado final. Se consideran dos aplicaciones explícitas del método de sustracción a NNLO: el proceso de Drell-Yan y la producción de di-fotones, principal señal de fondo en la producción del bosón de Higgs. Estas dos aplicaciones constituyen el aporte fundamental de esta tesis, siendo el caso de producción de di-fotones el primer cálculo para procesos en colisiones hadrónicas cuyo estado final está compuesto de dos partículas a un nivel de precisión NNLO. En el caso particular de producción de par de fotones, la precisión NNLO es esencial e inevitable para comprender la fenomenología de este proceso de forma satisfactoria. Tarea esencial en la actual búsqueda del bosón de Higgs y futuros estudios. Estos cálculos fueron implementados en sendos programas de tipo Monte Carlo. Estos programas permiten al usuario aplicar cortes cinemáticos arbitrarios sobre la física del estado final y calcular las correspondientes distribuciones en la forma de histogramas.

Abstract:
In this Thesis we show and explain cross sections calculations in hadron collisions. The main aim here is to perform these calculations in the best way possible, with the highest precision. In particular, our aim is to consider benchmark processes and apply our subtraction method to increment the precision available in the literature, calculating their QCD (Quantum ChromoDynamic) corrections. The method implemented in such calculations was the transverse momentum (qT ) subtraction method which allows to deal with final states which are colorless (lepton pair production, boson pair production, Higgs boson production, associated Higgs production, etc). The virtue of our method is its capability to offer counter-terms to cancel the singularities that appear in the reals emission contributions to the total cross section exploiting the universal behaviour of the matrix elements in the small-qT limit. This method is illustrated in the present Thesis up to the next-to-next-to-leading-order (NNLO) of accuracy in perturbative QCD. Therefore, due to the order of accuracy implemented we need the hard-collinear coeficients at the same order of precision (H2). In the present Thesis are calculated the hard-collinear coeficients up to NNLO in the case of the Drell-Yan process and the diphoton production in hadron collisions. To calculate the hard-collinear coeficient in the case of diphoton production was necessary the deduction of a new general and universal method to extract such coeficients. In this sense, the transverse momentum subtraction formalism acquires its final and complete form. And now is possible to use this new method to extract the H2 coeficient for any class of colorless process up to NNLO. We'll show two explicit implementations of the transverse momentum subtraction method up to NNLO: the Drell-Yan process and the diphoton production, which is the main background in recent Higgs boson searches. These are the main contributions of this Thesis, and the case of diphoton production is the first calculation with two particles in the final state at the NNLO accuracy. Even more, the NNLO accuracy for this process is essential and inevitable to understand the phenomenology related to this process. Crucial task in current Higgs boson searches and studies. Both calculations were implemented in parton level Monte Carlo codes. The programs allow the user to apply arbitrary kinematical cuts on the final-state photons and the associated jet activity, and to compute the corresponding distributions in the form of bin histograms.

Intronati, Guido A.. "Relajación de espín en semiconductores dopados y nanoestructuras semiconductoras" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Actualmente, los dispositivos basados en materiales semiconductores están presentes en varias aplicaciones de comunicación y procesamiento de información. En estos dispositivos, las distintas operaciones involucradas implican el desplazamiento controlado de cargas. Para el almacenamiento de información, arreglos de múltiples capas formadas por metales magnéticos, así como materiales aislantes, son ampliamente utilizados. En este último caso, la información es registrada y recuperada al reorientar dominios magnéticos. La posibilidad de construir dispositivos que uliticen otra propiedad de las partículas, el llamado espín, da lugar al campo de la Espintrónica, a diferencia de la electrónica tradicional basada en la carga eléctrica de las partículas. Más aún, la Espintrónica con materiales semiconductores busca el desarrollo de dispositivos híbridos en los cuales las tres operaciones básicas (lógica, comunicación y almacenamiento) puedan estar integradas en un mismo material. A pesar de los grandes progresos y avances en esta dirección, son varias las preguntas y dificultades técnicas que quedan por resolver. El desafío, entre otros, es entonces entender cómo el espín se comporta e interacciona en un material sólido. El espín, al ser una propiedad cuántica de cualquier partícula elemental, está representada por un estado, susceptible de ser afectado por alguna dada interacción. El espín de un electrón, por ejemplo, puede no sólo interaccionar con un campo magnético externo, sino también acoplarse a otro grado de libertad del electrón. La interacción de espín-órbita, precisamente, se refiere al acoplamiento entre el espín y el estado orbital del mismo electrón. En la primera parte de esta tesis consideramos este último efecto, y en particular, nos ocupamos de un semiconductor bulk de GaAs dopado, y estudiamos la relajación de espín debido a la interacción de espín-órbita. Las densidades de dopantes de nuestro interés están en un rango cercano a la densidad crítica correspondiente a la transición metal-aislante. Por debajo de esta densidad, la propiedades electrónicas del sistema son las de un material aislante, mientras que para densidades mayores, aparece un comportamiento de tipo metálico y en consecuencia, la conductividad a temperatura nula adquiere un valor finito. En esta tesis estudiamos la relajación de espín del lado metálico de la transición debido a dos clases diferentes de interacción espín-órbita. La primera de ellas está asociada a la presencia de impurezas, mientras que la otra aparece como consecuencia de la asimetría de inversión causada por la presencia de dos tipos diferentes de átomos en una celda unidad. Es decir, esta última es una propiedad inherente de la estructura cristalina del material y es también conocida como la interacción de Dresselhaus o BIA, por sus siglas en inglés (bulk inversion asymmetry). Para atacar el problema de la dinámica de espín, desarrollamos una formulación analítica basada en la difusión de espín de un electrón en el régimen metálico de conducción en la banda de impurezas. A través de esta derivación logramos una expresión para el tiempo de relajación de espín, dependiente de la densidad de dopantes y de la intensidad de la interacción de espín-órbita. Notablemente, dicha expresión está exenta de parámetros ajustables. Complementamos este esquema y respaldamos los resultados obtenidos analíticamente con el cálculo numérico del tiempo de vida del espín. Para ello, llevamos a cabo la evolución temporal de un estado inicial con un espín definido. De esta manera, el valor medio del operador de espín evoluciona bajo la influencia del Hamiltoniano completo, que comprende la interacción de espín-órbita y el Hamiltoniano del modelo de Matsubara- Toyozawa. Este último describe la banda de impurezas pero no toma en cuenta el espín. El estado inicialmente polarizado, al no ser un autoestado del operador Hamiltoniano completo, experimenta un decaimiento temporal siguiendo un dado comportamiento, del cual extraemos el tiempo de relajación de espín. En la segunda parte de esta tesis consideramos un sistema cuántico de dimensión cero (punto cuántico o quantum dot) y estudiamos el efecto de la interacción de espín- órbita sobre los autoestados. El quantum dot está alojado entre dos heteroestructuras implantadas en un nanohilo de material InAs. Este material presenta la particularidad que, al ser crecido de manera unidimensional, adquiere una estructura de tipo wurtzita, a diferencia de la estructura zinc blenda que tiene en su fase bulk. Aquí desarrollamos una solución analítica para el quantum dot, considerando la interacción de espín-órbita propia de este tipo de estructuras. Más precisamente, tomamos la interacción de Dresselhaus de la banda de conducción de un material wurtzita que, además de un término cúbico en k -aunque de diferente forma que el de zinc blenda- presenta uno lineal, propio de la wurtzita. El efecto de un campo magnético débil es introducido a través del acoplamiento de tipo Zeeman. Entre los resultados se incluyen además la estructura de espín en el quantum-dot y el cálculo del factor g efectivo en función de las dimensiones del dot. Por último, estudiamos y calculamos la relajación de espín debido a fonones acústicos, teniendo en cuenta para ello los potenciales de fonón correspondientes a la estructura wurtzita.

Abstract:
At present, information-processing and communications are mainly based on semiconductor devices, within which all the operations imply the controlled motion of small pools of charge. For information-storage, multilayers of magnetic metals and insulators are predominantly used. In this last case, the information is stored and retrieved by reorienting magnetic domains. The possibility of building devices that use another property of particles, the spin, gives rise the so-called Spintronics, in contrast to the current charge-based technology. Moreover, semiconductor spintronics pursues the development of hybrid devices where the three basic operations -logic, communications and storagewithin the same materials technology would be possible. In spite of the strong progress and numerous advances in the field, many fundamental questions and technical hurdles remain unsolved. A lot of effort is therefore devoted to understand how the spin behaves and interacts with its solid-state environment. The spin, being a quantum property of any elementary particle, is represented by a state that may change due to some given interaction. The spin of an electron, for example, can not only interact with an external magnetic field, but also with another degree of freedom of the electron. In this sense, the so-called spin-orbit interaction precisely refers to the coupling between the spin and the orbital state of the same electron. In the first part of this thesis we regard this latter effect, and in particular, we adress the problem of the spin-relaxation in a bulk doped GaAs semiconductor resulting from the spin-orbit interaction. Our interest is focused on donor density values close to a critical value, where a metal-insulator transition occurs. Below this density, the electronic properties of the system correspond to that of the insulating regime, while for larger densities, a metallic behaviour appears and accordingly, a non-zero conductivity is measured at T = 0. It is on this metallic side of the transition where we study the spin relaxation due to two different types of spin-orbit coupling. The first of them is associated to the presence of extrinsic impurities, while the other one appears as a consequence of the bulk inversion asymmetry (BIA) brought about by the the presence of two different atoms (Ga and As) in a unit cell. This latter SOC is also known as the Dresselhaus coupling. To tackle the spin dynamics problem, we develop an analytical formulation based on the spin diffusion of an electron in the metallic regime of conduction of the impurity band. The full derivation provides us with an expression for the spin-relaxation time, which depends on the doping density and the spin-orbit coupling strength, and remarkably, is free of adjustable parameters. We complement this approach and back our analytical results with the numerical calculation of the spin lifetime. For this, we perform and track the exact time evolution of an initial state with a defined spin state. We look at the spin operator evolving under the influence of the full Hamiltonian, containing both the spin-orbit interactions and the spin-free Hamiltonian (based on the Matsuba-Toyozawa model) describing the impurity band. The initial polarized state, being no longer an eigenstate, decays following a certain damped time evolution, from which we extract the spin-relaxation time. In the second part of the thesis we consider a zero-dimensional system and study the effect of spin-orbit coupling on the eigenstates. The quantum dot is hosted between two heterojunctions placed in an InAs nanowire. This semiconductor, when grown unidimensionally, presents a wurtzite-type crystal structure, unlike its zincblende phase in bulk. We develop here an exact analytical solution for the quantum dot, taking into account the proper effective spin-orbit coupling for this type of material. We focus on the BIA coupling, which presents a cubic-in-k SOC, yet with a different expression from that of zincblende, and add also the linear-in-k SOC, characteristic of WZ materials. A Zeeman interaction from an external magnetic field is included as well. We calculate the energy spectra for different values of the spin-orbit coupling strength. We also display the spin texture across the dot, compute the effective g-factor as a function of the dot size, and calculate the spin-relaxation due to acoustic phonons, taking into account the phonon potentials corresponding to the wurtzite structure.

Guardincerri, Yann. "Medicion del flujo de neutrinos cósmicos ultra enérgeticos con el detector de superficie del Observatorio Pierre Auger" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger es sensible a tau neutrinos que cruzan la Tierra de forma rasante interactuando en su corteza. Los leptones tau que surgen de las interacciones via corriente cargada pueden emerger de la Tierra y decaer en la atmósfera produciendo lluvias de partículas casi horizontales que contienen una componente electromagnética significativa. En esta tesis se diseñan técnicas de reconstrucción y de identificación que permiten distinguir estas lluvias de las producidas por rayos cósmicos iniciados por protones o núcleos de hierro, usando como observable la estructura temporal de las señales que se detectan en los detectores de agua que miden radiación de Cherenkov. Se describe el procedimiento de búsqueda de neutrinos, el método desarrollado para calcular la exposición del observatorio y las incertezas sistemáticas asociadas. Ningún candidato a neutrino fue encontrado en los datos adquiridos entre 1 de Enero del 2004 hasta 31 de Diciembre del 2012. Asumiendo un flujo diferencial ɸ(Ev) = k*Ev-2, se fija un límite superior con un nivel de confianza del 90% al flujo difuso de neutrinos de todos los sabores de k < 5 * 10ˉ8 GeV cmˉ² sˉ¹ srˉ¹ en el intervalo de energías de 10^17 eV a 10^19.1 eV. Se testean modelos astrofísicos concretos de producción de neutrinos, y se derivan límites a flujos de fuentes puntuales en función de su declinación.

Abstract:
The Surface Detector of the Pierre Auger Observatory is sensitive to Earth-skimming tau neutrinos that interact in Earth's crust. Tau leptons from charged-current interactions can emerge and decay in the atmosphere to produce a nearly horizontal shower with a significant electromagnetic component. In this thesis techniques are developed to reconstruct and distinguish these showers from the ones produced by regular hadronic cosmic rays by the broad time structure of the signals in the water- Cherenkov detectors. The neutrino search procedure, the method to compute the observatory exposure and the associated systematic uncertainties are described. No neutrino candidate has been found in data collected from 1 January 2004 to 31 December 2012. Assuming a differential flux ɸ(Ev) = k*Evˉ² in the energy range from 10^17 eV-10^19.1 eV, we place a 90% CL upper limit on the all flavour neutrino diffuse flux of k < 5 * 10^-8 GeV cmˉ² sˉ¹ srˉ¹. Concrete astrophysical neutrino models are tested and limits to point-like source fluxes are derived as a function of declination.

Wundheiler, Brian. "Rayos cósmicos con energías entre 1E17 y 1E19 eV" (2013-03-25) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los rayos cósmicos llegan a la Tierra con un espectro de energía que cubre varios órdenes de magnitud. Su flujo sigue una ley de potencias, yendo de unos cientos de impactos por m2 por segundo a bajas energías (E ~ 10^9 eV) a unos pocos por km2 por siglo a las energías más extremas (E ~ 60 EeV). Si bien a partir de E ~ 10^11 eV el flujo decae con un índice espectral cercano a -3, a altas energías el espectro tiene zonas características donde se han medido variaciones respecto de este comportamiento: la “rodilla” (~ 4 x 10^15 eV), la aún imprecisa “segunda rodilla” (0,05 < E < 0,5 EeV), el “tobillo” (~ 3 EeV) y el “corte GZK” (~ 40 EeV). Se supone que hasta energías del orden de 10^15 eV, las fuentes de rayos cósmicos son de origen galáctico. Los aceleradores galácticos teóricamente se tornan ineficientes entre 10^15 y 10^18 eV. Se cree que las fuentes extragalácticas comienzan a contribuir al flujo en esta zona del espectro y su aporte podría producir cambios en el mismo. Estudios de composición en el rango de la segunda rodilla y del tobillo son de vital importancia para entender la transición de fuentes galácticas a extragalácticas. Los parámetros físicos más relevantes para estudios de composición, son los perfiles longitudinales y el número de muones presentes en los chubascos cósmicos. El Observatorio Pierre Auger fue originariamente diseñado para observar rayos cósmicos por encima de 10^18 eV, cuenta con la capacidad de registrar datos en forma híbrida, utilizando detectores de superficie y de fluorescencia a la vez. Terminada su construcción en 2008, se inició una segunda fase con la puesta en funcionamiento de HEAT (High Elevation Auger Telescopes), y con la construcción de AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array), entre otros. Estos desarrollos apuntan tanto a mejorar la calidad de las observaciones, como a extender el rango de detección en energía para incluir la región del tobillo y de la segunda rodilla. El diseño de AMIGA está integrado por pares de detectores formados por un detector de superficie, como los instalados en el Observatorio Auger, más un contador de muones de 30m2 enterrado en sus cercanías a 2,25m de profundidad. Contará con un total de 85 pares de detección distribuidos en dos redes triangulares, separados por 433 y 750 m. Este trabajo se centra en el Detector de Muones de AMIGA. Su objetivo principal es aportar información sobre el contenido muónica de las cascadas de partículas secundarias que se generan tras el impacto de la partícula primaria en la atmósfera. Se presentará un estudio detallado del diseño del Detector, así como su caracterización experimental. Se analizarán los primeros datos de los detectores instalados en el Observatorio, y de las primeras lluvias de rayos cósmicos registradas en conjunto por los sistemas de fluorescencia, de superficie y de muones. Se presentará un modelo fenomenológico que posibilita la completa simulación del Detector de Muones. Se desarrollarán y analizarán las estrategias de conteo que habilitan el empleo del Detector como Contador de Muones.

Abstract:
Cosmic rays hit the Earth with an energy spectrum covering several orders of magnitude. Its flow follows a power law, ranging from a few hundred hits per m2 per second at low energies (E ~ 10^9 eV) to a few per km2 per century at extreme energies (E ~ 60 EeV). While from E ~ 10^11 eV the flow decays with an spectral index close to -3, at highest energies the spectrum has areas where variations of this behavior have been measured: the “knee” (~ 4 x 10^15 eV), the still vague “second knee” (0,05 < E < 0,5 EeV), the “ankle” (~ 3 EeV), and the “GZK cut” (~ 40 EeV). It is assumed that up to energies of about 10^15 eV, cosmic-ray sources are of galactic origin. Galactic accelerators theoretically become inefficient between 10^15 and 10^18 eV. It is believed that extragalactic sources begin to contribute to the flow in this region of the spectrum and its contribution could produce changes in it. Composition studies in the range of the second knee and the ankle are vital to understanding the transition from galactic to extragalactic sources. The physical parameters most relevant to composition studies are longitudinal profiles and the number of muons present in cosmic showers. The Pierre Auger Observatory was originally designed to observe cosmic rays above 10^18 eV, has the ability to record data in hybrid form, using surface detectors and fluorescence simultaneously. After completion in 2008, a second phase began with the commissioning of HEAT (High Elevation Auger Telescopes), and the construction of AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array), among others. These developments point to both improve the quality of the observations, as to extend the energy range of detection to include the region of the ankle and the second knee. The AMIGA design consists of detector pairs formed by a surface detector, as those installed in the Auger Observatory, plus a 30m2 muon counter buried in its vicinity at 2,25m deep. It will have a total of 85 pairs of detectors distributed in two triangular arrays, separated by 433 and 750 m. This work focuses on the AMIGA Muon Detector. Its main purpose is to provide information about the muonic content of secondary-particle cascades that follow the impact of the primary particle in the atmosphere. A detailed study of the Detector design and its experimental characterization will be presented. The first data set from the Observatory will be analyzed, as the first cosmic rays showers recorded jointly by the Fluorescence, Surface and Muon Detectors. A phenomenological model that enables a full simulation of the Muon Detector will be presented. Counting strategies that allow the Detector to be used as a Muon Counter will developed and analyzed.

Reisin, Hernán Diego. "Búsqueda de partículas supersimétricas en estados finales con muchos jets y energía faltante" (2014) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Muchas extensiones del modelo estándar (ME) de física de partículas predicen la existencia de partículas con masas en la escala del TeV que interactúan por la fuerza fuerte y decaen a descendientes que interactúan débilemente. Supersymetría (SUSY) es una de las teorías más estudiada y un firme candidato para describir la física más allá del ME pues provee una explicación consistente a diversos conflictos teóricos como el problema de jerarquía del ME. En el contexto de ésta teoría, las partículas que interactúan fuertemente son los supercompañeros de los quarks (squarks, q) y los gluones (gluinos, g). Si resultan ser accesibles cinemáticamente, los squarks y los gluinos podrían ser producidos en las interacciones protón-protón (pp) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Este trabajo de tésis presenta el resultado de la búsqueda de nuevas partículas que decaen a estados finales con un gran número (desde al menos 7 a al menos 10) jets junto con energía faltante en ausencia de electrones y muones aislados. El análisis se desarrolló con datos de colisiones pp a una energía en el centro de masa de √s = 8 TeV colectados por el detector Atlas en el LHC, correspondientes a una luminosidad integrada total de 20.3 fbˉ¹. Se incrementó la sensibilidad de la búsqueda para identificar posibles eventos de Susy al considerar regiones de señal definidas en función variables de subestructura de jets como el número de jets provenientes de quarks b y de la suma de las masas de jets de gran radio. La búsqueda no revela un exceso significativo respecto de los valores predichos por el ME. Los resultados son interpretados en el contexto de un modelo cMssm y de varios modelos simplificados inspirados en SUSY. Los límites de exclusión extienden los resultados previos restringiendo varios modelos supersimétricos. Por ejemplo, en un modelo donde los gluinos producidos decaen vía g→t+t+x01 , se excluyen masas del gluino menores que 1,1 TeV para masas del neutralino (x01 ) por debajo de 350 GeV.

Abstract:
Many extensions of the Standard Model (SM) of particle physics predict the existence of TeV-scale strongly interacting particles that decay to weakly interacting descendants. Among them, Supersymmetry (Susy) is one of the most studied and a leading candidate theory for describing physics beyond SM since provides a consistent explanation to several theoretical concerns like the hierarchy problem of the SM. In the context of this theory, the strongly interacting parent particles are the partners of the quarks (squarks, q) and gluons (gluinos, g). If they are kinematically accessible, the squarks and gluinos could be produced in the proton-proton (pp) interactions at the Large Hadron Collider (LHC). This thesis presents the results of the search for new particles decaying to final states with large numbers (from at least 7 to at least 10) of jets together with significant missing transverse momentum and no isolated electrons or muons. The analysis is performed with a total integrated luminosity corresponding to 20.3 fbˉ¹ of pp collision data at center-of-mass energy √s = 8 TeV collected by the Atlas experiment at the LHC. The sensitivity of the search to identify possible Susy-like event candidates is enhanced by considering signal regions defined in terms of the number of b-tagged jets and the scalar sum of masses of large-radius jets in an event. These searches found no significant excess over the Standard Model expectation. The results are interpreted in the context of an cMssm model and various simplified supersymmetry-inspired models. The exclusion limits substantially extend previous results constraining several supersymmetric models. For example, in a model where both of the pair-produced gluinos decay via g→t+t+x01 , gluino masses smaller than 1.1 TeV are excluded for neutralino (x01 ) masses below 350 GeV.

González de Urreta, Emiliano José. "Bariones en la expansión en la inversa del número de colores de la cromodinámica cuántica" (2015-03-20) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se investigan las propiedades de los bariones excitados pertenecientes al primer multiplete de paridad negativa en el marco de la expansión en la inversa del número de colores de la Cromodinámica Cuántica. En particular, se busca realizar un análisis de las masas y los decaimientos de los correspondientes bariones no-extra˜nos y sentar las bases para la inclusión en dicho análisis de los bariones con extra˜neza. Para investigar las propiedades de los bariones en la expansión en la inversa del número de colores, primero se determinan las funciones de onda debidamente simetrizadas de los bariones relevantes cuando el número de colores es grande. Una vez establecidas dichas funciones de onda, se procede a calcular los elementos de matriz de los operadores que aparecen en distintos observables. De esta manera se obtienen sus dependencias con el número de colores. A partir de los elementos de matriz relevantes se hallan los coeficientes libres que acompa˜nan a cada uno de los operadores que aparecen a un cierto orden de potencia en 1/Nc. Para ello se ajustan los observables calculados a los datos empíricos disponibles. Se busca realizar un análisis global de estos observables ya que, en general, las posibles mezclas entre estados con los mismos números cuánticos vinculan a dichos observables entre sí. Determinamos que un estudio numérico simultáneo de las masas y los anchos de decaimiento fuerte y electromagnéticos de los bariones del sector no-extra˜no predice valores de los ángulos de mezcla que son compatibles con los obtenidos en los análisis independientes para los decaimientos electromagnéticos y fuertes. Además se observa que la degeneración presente en las soluciones para los estudios independientes de masas y decaimientos fuertes desaparece en el análisis simultáneo. Por último, se llega a una conclusión sobre el problema de la asignación de los estados teóricos con los estados físicos, que se puede dar de cuatro maneras diferentes. Se encuentra que hay una asignación favorecida. En cuanto a la inclusión en el análisis de los bariones con extra˜neza, se consideran primeramente los decaimientos fuertes en forma independiente, ya que no existían estudios previos de este tipo. Para ello se debieron considerar operadores de decaimiento que tuvieran en cuenta los efectos de ruptura de simetría debido a la diferencia entre las masas de los quarks “up” y “down” con la del “strange”. Entre otras conclusiones se obtuvo que en algunos casos los efectos de ruptura de simetría son importantes y que los operadores de 1-cuerpo son los más relevantes, a pesar que los de 2-cuerpos son importantes para obtener un mejor ajuste. Por último realizamos un primer estudio consistente de las masas y los decaimientos fuertes del multiplete completo de bariones en el marco de un esquema perturbativo para el tratamiento de la ruptura de simetría en las masas previamente utilizado en la literatura. Los resultados obtenidos indican que si bien las características generales de los ajustes independientes se siguen conservando en el ajuste global realizado, las dificultades encontradas para describir algunos decaimientos sugieren la necesidad de considerar mejores aproximaciones en futuros cálculos.

Abstract:
We investigate the properties of excited baryons belonging to the first negative parity multiplet within the inverse color number expansion formalism of Quantum Chromodynamics. In particular, we seek to make an analysis of the masses and decays of the corresponding non-strange baryons and to set the base for the inclusion in this analysis of strange baryons. To investigate the baryon properties using the inverse colour number expansion, first the properly symmetrized wave functions are determined, for the relevant baryons when the number of colours is large. Once such wavefunctions are established, the matrix elements of the operators appearing in different observables are calculated, obtaining in this way, their dependence on color number. Starting from the relevant matrix elements, we find the free coefficients of each operator at a given order of a power of 1/Nc. For that purpose, the calculated observables are fitted to available empirical data. A global analysis of these observables is sought for, since, in general, the possible mixtures between states with equal quantum numbers relate these observables amongst themselves. It is found that a simultaneous numerical study of the masses and the strong and electromagnetic decay widths of baryons in the non-strange sector predicts mixing angles that are compatible with those obtained from the independent analysis of the electromagnetic and strong decay widths. Also, it is observed that the degeneracy present in the solutions for the independent studies of the masses and strong decays disappears in the simultaneous analysis. Finally a conclusion is reached for the problem of assigning the theoretical states to the physical states, which can be done in for different ways. It is found that there is one favoured assignment. Concerning the inclusion in the analysis of strange baryons, we first consider strong decays independently, since there were no previous studies of this kind. For this purpose we had to consider the decay operators that took into account the effects of symmetry breaking due to the differences between the up and down quark masses and that of the strange quark. Amongst other conclusions, we obtained that in some cases the effects of simmetry breaking are important and that the one body operators are the most relevant, even though the two body operators are important to obtain a better fit. Finally, we make a first consistent study of the masses and strong decays of the complete baryon multiplet within a perturbative scheme for the treatment of symmetry breaking in the masses previously used in the literature. The results obtained indicate that even though the general characteristics of the independent fits are still conserved in the global fit, difficulties are found to describe some decays, which suggests the need to consider better approximations in future calculations.

Coluccio Leskow, Estefanía. "Fenomenología del quark top en la búsqueda de nueva física" (2015-07-16) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El quark top fue descubierto en 1995 en el colisionador Tevatron de p¯p, en Fermilab. Es la partícula elemental más masiva que se conoce. El alto valor de su masa, significativamente por encima de la de los demás fermiones, y el de su acoplamiento al bosón de Higgs, sugieren que podría jugar un papel muy importante en el mecanismo de ruptura de simetría electrodébil. Sin embargo, su fenomenología no ha sido explorada completamente, dejando abierta la posibilidad de una potencial conexión con nueva física (NP del inglés New Physics). Si bien el Modelo Estándar (SM, del inglés Standard Model) explica prácticamente todos los resultados experimentales de colisionadores de manera notablemente exitosa, no puede ser considerado una teoría completa. El SM no puede explicar, entre otras cosas, las observaciones que indican presencia de materia oscura, la asimetría materia-antimateria del universo actual y el mecanismo de generación de masa de los neutrinos. Además, el SM no incorpora la gravedad ya que no se ha descubierto aún la manera de hacerlo en el marco de la mecánica cuántica y presenta un problema de naturalidad relacionado con la escala de ruptura electrodébil y la escala de Planck. Esto ha motivado que en una gran cantidad de extensiones del SM se espere NP a partir de la escala del TeV. Muchas de estas extensiones incorporan interacciones con corrientes neutras de cambio de sabor (FCNCs del inglés Flavour Changing Neutral Currents), con materia oscura (DM, del inglés Dark Matter), y con nuevos quarks vectoriales pesados. En este trabajo investigamos la fenomenología del quark top en la búsqueda de nueva física, en escenarios más allá del SM que introducen este tipo de interacciones y las usamos para abarcar distintas anomalías experimentales y hacer predicciones para intentar trazar el camino hacia su resolución. Uno de los resultados que están en desacuerdo con el SM es la asimetría forward backward medida en el Tevatron. La asimetría de carga por el contrario, medida en el Gran Colisionador Hadrónico, (LHC del inglés Large Hadron Collider), no presenta discrepancia con la predicción teórica. Motivados por conciliar el aparente conflicto entre ambas mediciones, proponemos un modelo con un bosón de gauge Z0 que interactúa mediante FCNCs y estudiamos su fenomenología en ambos aceleradores de partículas. El modelo Z´ introducido arriba, predice la existencia de la señal de monotop, que consiste en un quark top en asociación con una cantidad considerable de energía transversa faltante. Esta señal es una característica de varios modelos de NP, mientras que en el SM se encuentra suprimida. La producción de monotop se puede investigar mediante dos modos no correlacionados dependiendo del decaimiento del quark top: el modo hadrónico y el leptónico. El modo hadrónico ha sido estudiado con anterioridad, en este trabajo exploramos el modo leptónico que goza de la ventaja de ser considerablemente más limpio que el hadrónico. Así, estudiamos la producción y detección de monotops leptónicos en el LHC no sólo en el modelo Z0, sino también en otros dos escenarios que también presentan FCNCs. Por último, investigamos un modelo motivado por el problema de jerarquía del SM, en el cual el SM se extiende con operadores efectivos que parametrizan física a una escala de alta energía. Ampliamos el sector de Yukawa con un quark pesado de tipo vectorial, singlete del grupo de gauge de SU(2), que se mezcla predominantemente con el quark top del SM, y el sector escalar con un triplete escalar real. Encontramos que en este modelo el quark vectorial pesado tiene nuevos modos de decaimiento que no han sido considerados previamente en la literatura, algunos de ellos conducen a señales con una alta multiplicidad de quarks top. Palabras clave: Nueva Física, quark top, Tevatron, LHC.

Abstract:
The top quark was discovered in 1995 at the Tevatron p¯p collider, in Fermilab. It is the most massive known elementary particle. Its large mass, significantly above all of the other fermion masses, and its large coupling to the Higgs boson, suggest that it may play a very important role in the electroweak symmetry breaking mechanism. However, its phenomenology has not being explored to its enterity, thus, leaving opened the possibility of a potential connection to New Physics (NP). The Standard Model (SM) explains sucessfully almost all the collider experimental results to date, yet it cannot be considered a complete theory. The SM cannot explain, among other things, observations that suggest the presence of dark matter (DM), the matter-antimatter asymmetry in the present-day universe and the mechanism for neutrino mass generation. Furthermore, the SM does not incorporate gravity, since a proper treatment within the framework of quantum field theory has not been discovered yet and presents a a naturalness problem related to the electroweak symmetry breaking scale and the Planck scale. This is why within many extensions of the SM, NP is expected to arise at the TeV scale. Many of these extensions these days introduce interactions with flavor changing neutral currents (FCNCs), with DM, and with new vector like heavy quarks. In this work, we investigate the phenomenology of the top quark in the search for NP, within scenarios beyond the SM that incorporate these types of interactions and we use them to address various experimental anomalies and make predictions that would lay the path for future experimental works. One of the experimental results that disagrees with the SM prediction, is the forward backward asymmetry measured at the Tevatron. The charge asymmetry on the contrary, measured at the Large Hadron Collider (LHC), does not present a discrepancy with the theoretical prediction. With the aim to conciliate this apparent conflict between the two measurements, we propose a model with a new Z0 gauge boson that interacts via FCNCs, and study its phenomenolgy in both particle accelerators. The Z´-model introduced above, predicts the existence of a monotop signal, that consists in a top quark in association with large amounts of missing transverse energy. This signal is a feature of several NP models while it is suppressed in the SM. Monotop production can be probe in two independent modes depending on the top decay: the hadronic and leptonic modes. The hadronic mode has been previously studied, therefore in this work we explore the leptonic one which has the advantage of being considerably cleaner than the hadronic one. We study the production and detection of leptonic monotops at the LHC, not only in the Z0-model, but in two other scenarios that also predict FCNCs. Last but not least, we investigate a model motivated by the hierarchy problem of the SM, where the SM is extended with effective operators that parametrize physics at a high energy scale. We enlarge the Yukawa sector with a heavy vector-like quark, singlet under the SU(2) gauge group and mixing predominantly with the SM top quark, and the scalar sector with a real scalar triplet. We find within this model that the heavy vector-like quark has additional decay modes not considered previously in the literature, some which lead to signals with a large multiplicity of top quarks. Key words: New Physics, top quark, Tevatron, LHC.

Pieroni, Pablo Emanuel. "Medición del flujo de neutrinos cósmicos ultra energéticos mediante detectores de superficie" (2016-03-14) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Esta Tesis estudia la medición de neutrinos cósmicos ultra energéticos mediante detectores de superficie. Básicamente existen dos mecanismos a través de los cuales los neutrinos en el rango del EeV pueden inducir señales distinguibles a nivel de superficie. El primero consiste en la interacción de un neutrino en la atmósfera, via corrientes cargadas o neutras, y la subsiguiente producción de una cascada atmosférica extendida descendente. El segundo se basa en la interacción de un neutrino tau en la corteza terrestre al atravesarla de manera rasante. Este proceso da lugar a un leptón tau capaz de escapar hacia la atmósfera e iniciar en su decaimiento una lluvia extendida ascendente de alto ángulo. En ambos casos, cuando la cascada se inicia cerca del detector, existen características en la señal producida, relacionadas con la presencia de componente electromagnética en la lluvia, que permiten discriminar este tipo de eventos del fondo dominante debido a rayos cósmicos de origen hadrónico. Este trabajo se divide en dos partes, que abordan dos tecnologías diferentes para estudiar las lluvias atmosféricas producidas por neutrinos. La primera parte trata la búsqueda de neutrinos basada en la interacción de las partículas de la lluvia con el Detector de Superficie del Observatorio Pierre Auger. En particular se describe el procedimiento de identificación, las posibles fuentes de fondo, el método desarrollado para calcular la exposición y sus incertezas sistemáticas asociadas en la búsqueda. Asimismo, se presenta por primera vez la integración de los distintos análisis complementarios desarrollados en Auger, que incluyen dos criterios de reconocimiento de neutrinos descendentes y uno de neutrinos rasantes, en un único resultado, así como la inclusión del envejecimiento del detector en el cálculo de la exposición. Ningún candidato a neutrino fue encontrado en los datos adquiridos entre el 1 de enero de 2004 y el 20 de junio de 2013. Suponiendo un flujo diferencial típico ϕ(Ev) = k * Ev^-2 y una relación entre sabores de 1 : 1 : 1, se fijó un límite sobre el flujo de neutrinos de cada sabor, de k < 6,4*10^9 GeV cm^2 s^-1 sr^-1 con un nivel de confianza del 90% en el rango de 1,0*10^17 eV - 2,5*10^19 eV, el más estricto hasta la fecha. En la segunda parte de este trabajo se estudia el potencial de la detección de las ondas de radio producidas por lluvias atmosféricas para identificar aquellas producidas por neutrinos, y se investigan las capacidades y limitaciones de un arreglo de antenas de radio a la hora de detectar neutrinos ultra energéticos rasantes. Para ello se utilizaron simulaciones que incluyen la interacción del neutrino en la Tierra, el decaimiento del leptón tau en la atmósfera, el subsiguiente desarrollo de la lluvia atmosférica extendida con producción de radiación electromagnética en frecuencias de radio, y la generación de la señal en las antenas del detector. A partir de estas simulaciones se desarrollaron algoritmos de reconstrucción e identi ficación que permiten distinguir eventos iniciados por neutrinos de los generados por el fondo de lluvias hadrónicas. Se utilizaron estos criterios para calcular la exposición que podrían alcanzar detectores de diferentes tamaños y topologías, concluyendo que la técnica puede ser competitiva para la siguiente generación de detectores de neutrinos.

Abstract:
This Thesis studies the measurement of ultra energetic cosmic neutrino by means of surface detectors. There are basically two mechanisms by which neutrinos in the EeV range may induce surface level distinguishable signals. The first one consists in the interaction of a neutrino in the atmosphere, either through charged or neutral currents, and the subsequent production of a down-going extended air shower. The second one is based on the interaction of an earth skimming tau neutrino in the earth crust. This process gives rise to a tau lepton that can escape into the atmosphere and start in its decay a high angle extended air shower. In both cases, when the shower starts near the detector, characteristics related to the presence of an electromagnetic component allow to discriminate this kind of events from the dominant hadronic cosmic ray background. This work is divided in two parts, which address two different technologies to study atmospheric showers induced by neutrinos. The first one deals with neutrino searches based in the interaction of shower particles with the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory. In particular a detailed description is presented of the identification procedure, the possible background sources, the method developed to compute the exposure and its systematic uncertanties. Additionally, the integration of the different complementary neutrino search analyses developed in Auger is presented for the first time, which include two criteria to recognise downgoing neutrinos and one for earth-skimming neutrinos, as well as the inclusion of detector ageing in the exposure calculation. No candidate neutrinos have been found in the data collected from 1 January 2004 to 20 June 2013. Assuming a differential flux ϕ(Ev) = k * Ev^-2 and a flavor relation of 1 : 1 : 1, we place a 90% CL upper limit on the single flavour neutrino flux of k < 6,4*10^9 GeV cm^2 s^-1 sr^-1 in the energy range from 1,0*10^17 eV - 2,5*10^19 eV, the most stringent to this date. The second part of this work studies the potential of the detection of the radio waves produced by atmospheric showers to identify those induced by neutrinos, as well as the capabilities and limitations of an antenna array to detect ultra high energy earth-skimming neutrinos. This involved simulations of the different intervening processes, including the neutrino interaction in the Earth, the tau lepton decay in the atmosphere, the subsequent development of the shower including the production of electromagnetic radiation in radio frecuencies, and the signal production in the detector antennas. From these simulations, reconstruction and identification algorithms were developed that allow to distinguish events initiated by neutrinos from the hadronic background. Finally these criteria were used to compute the exposure achieved by detectors with different sizes and topologies, concluding that the technique can be a competitive option in the next generation of neutrinos detectors.

Willemyns, Cintia Teresita. "Estudios sobre el espectro de los nucleones excitados usando la expansión en 1/Nc de la cromodinámica cuántica" (2017-03-14) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En el presente trabajo se investigan los estados excitados de bariones no extraños en el marco de la expansión en la inversa del número de colores (Nc) de la Cromodinámica Cuántica (QCD). En particular, se busca obtener una mejor comprensión teórica de la fenomenología de los bariones excitados de manera independiente de modelos particulares y también conectar el análisis que se obtiene en términos de operadores efectivos en la expansión 1/Nc con una imagen dinámica que explique los valores de los coeficientes de la expansión. También se trabaja en la dirección de extender el análisis que usa la expansión en 1/Nc al caso en el que tenemos mezcla de configuraciones de spin-sabor. Para alcanzar estos objetivos se estudia el espectro de masas de los bariones excitados de paridad negativa realizando la conexión (matching) entre una extensa clase de modelos de quarks no relativistas, con interacciones efectivas entre quarks tanto dependientes como independientes del sabor, y la base de operadores de spin-sabor que se utiliza habitualmente en la expansión 1/Nc. Los resultados obtenidos son expresiones analíticas para los coeficientes libres que acompañan a cada uno de los operadores que aparecen a un cierto orden en potencias de 1/Nc. Estos coeficientes se expresan en función de integrales radiales que dependen de la forma y la magnitud relativa de las interacciones tensorial, spin-spin y spin-órbita del modelo y que se dejan sin especificar para mantener la generalidad de las expresiones. A partir de este matching se obtienen relaciones nuevas entre las masas bariónicas y los ángulos de mezcla. Estas relaciones son independientes de los parámetros y permiten discriminar entre distintas estructuras de spin-sabor de las interacciones quark-quark. Se analiza cómo esta parametrización general de las matrices de masa depende de los ángulos de mezcla y qué restricciones se imponen al considerar las suposiciones recién mencionadas sobre la interacción efectiva entre quarks. Los resultados hallados indican que, dentro de las incertezas experimentales, los valores para los ángulos de mezcla determinados por un reciente ajuste global a las masas y a los decaimientos no excluyen ninguna de las dos posibilidades más extremas para la dependencia o independencia del sabor de la interacción entre quarks originada por el intercambio de un mesón o gluón respectivamente. Por otro lado, se realiza un análisis del espectro de masas de los bariones excitados de paridad positiva utilizando la base de operadores de spin-sabor de la expansión 1/Nc. Se analiza por primera vez el espectro incluyendo la mezcla de configuraciones. En el límite de Nc grande los bariones excitados sin extrañeza se agrupan en representaciones irreducibles de la simetría contraída SU(4)c. Por medio del cálculo explícito del espectro de masas encontramos que esta estructura se conserva. El estudio de los autoestados demuestra que las mezclas son más sencillas de lo que se esperaría en un modelo de quarks y está de acuerdo con la simetría que se espera el límite del número de colores grande.

Abstract:
In this thesis we study the non-strange excited baryons in the 1/Nc expansion of Quantum Chromodynamics, with Nc the number of colors. In particular, we seek to obtain a better theoretical understanding of baryon phenomenology, less dependent on the particular details of models, and to connect the analysis obtained in terms of effective operators in the 1/Nc expansion with a dynamical picture that can help to understand the numerical values of the coeficients in the 1/Nc expansion. We also aim to extend the 1/Nc analysis by considering configuration mixing in the spin- flavor space. For this purpose, we study the mass spectrum of excited baryons with negative parity by matching a large class of non-relativistic quark models, with both flavor dependent and flavor independent effective quark-quark interactions, to the usual spin-flavor operator basis of the 1/Nc expansion. We obtain analytic expressions for the coeficients of each operator that appears in the expansion at a given order in 1/Nc. The coeficients of the 1/Nc operators can be expressed in terms of radial integrals that depend on the shape and relative strength of the spin-spin, spin-orbit and tensor interactions of the model, which are left unspecified. From this matching, we obtain several new parameter-free relations between the masses and the mixing angles that can discriminate between different spin-flavor structures of the effective quark-quark interaction. We analyze how a general parametrization of the mass matrix depends on the mixing angles and is constrained by the assumptions on the effective quark-quark interaction mentioned above. We find that, within the present experimental uncertainties, consistency with the best values of the mixing angles as determined by a recent global fit to masses and decays does not exclude either of the two most extreme possibilities of flavor dependent (independent) quark-quark interactions, as generated by meson (gluon) exchange interactions. We also perform an analysis of the mass spectrum of excited baryons with positive parity using the spin-flavor operator basis of the 1/Nc expansion. We analize the spectrum considering configuration mixing for the first time. In the large Nc limit, non-strange excited baryons are members of irreducible representations of a contracted SU(4)c symmetry. By calculating the mass spectrum explicitly, we find that this structure is still conserved when configuration mixing is taken into account. The analysis of the eigenstates shows that the mixings are simpler than what is expected from quark models and they satisfy the structure predicted in the large Nc limit.

Fidanza Romani, Nerina Andrea. "Efectos de interferencia en la producción del bosón de Higgs en el LHC" (2017-03-22) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta Tesis se estudiaron los efectos de la interferencia entre la se~nal correspondiente a un bosón de Higgs decayendo a dos fotones en el LHC, y su respectivo background continuo de QCD. En primer lugar, se completó el cálculo de esta interferencia a orden O(α 2 S) para la producción inclusiva de un bosón de Higgs, incluyendo los canales de producción qg y qq que representan hasta un 35% de la contribución dominante del subproceso partónico gg. En particular, se estudió el efecto que tiene dicha interferencia en la posición aparente de la resonancia del bosón de Higgs en el espectro de masa invariante de los dos fotones. Luego, se analizó el caso correspondiente a la producción de un bosón de Higgs en asociaci ón con dos jets, un proceso que recibe contribuciones importantes tanto del mecanismo de fusión de gluones, como de la fusión de bosones vectoriales. Nuevamente se estudió el corrimiento del pico de la distribución en masa invariante del par de fotones, encontrando que este es más peque~no que el de la muestra inclusiva. Debido a esto, y teniendo en cuenta que este corrimiento puede ser utilizado para restringir el ancho total de decaimiento del bosón de Higgs, se propuso utilizar el canal de H(-->ϒϒ) + 2 jets como referencia para medir el corrimiento en la masa invariante inclusiva. Finalmente se estudió el efecto de la interferencia en el espectro de impulso transverso qT del bosón de Higgs. Para poder proveer predicciones confiables para este observable, y en particular en la región de impulso transverso peque~no, se realizó la denominada resumaci ón de qT , que consiste en la suma a todo orden en teoría de perturbaciones de las contribuciones dominantes en el límite qT --> 0. Dicha resumación permite la cancelación de divergencias que de otro modo arruinan la convergencia de las predicciones perturbativas para el observable mencionado.

Abstract:
In this Thesis we studied the effects of the signal-background interference for the Higgs diphoton decay channel at the LHC. In the first place, we present a complete O(α 2 S) computation of the interference in the inclusive Higgs production, including the qg and qq production channels, which amount up to 35% of the dominant gg partonic subprocess. In particular, the effects of the interference on the position of the resonance peak of the Higgs boson in the diphoton invariant mass spectrum was studied. Later, we analized the production of a Higgs boson plus two jets channel, a process which receives important contributions, both from the gluon fusion mechanism, as well as from the vector boson fusion mechanism. Once again, we studied the apparent shift in the position of the diphoton invariant mass peak generated by the interference contributions, finding it to be much smaller than the shift in the inclusive sample. For this reason, and considering that this shift may be used to measure, or bound, the Higgs decay width, we proposed using this channel as a reference mass for measuring the inclusive mass shift. Finally, we studied the interference effects on the transverse momentum qT spectrum of the Higgs boson. In order to provide reliable predictions of this observable, and in particular in the low transverse momentum region, we carried out the so-called qT resummation, which consists on summing to all orders in perturbation theory the dominant contributions in the qT --> 0 limit. This resummation allows the cancellation of divergences which would otherwise ruin the convergence of the perturbative predictions for the said observable.

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