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Tipo do documento: Tese
Título: Plasmas quirais com aplicações em efeitos ópticos, conversão áxion-fóton e em cenários astrofísicos
Título(s) alternativo(s): Chiral plasmas with applications in optical effects, axion-photon conversion, and astrophysical scenarios
Autor: RIBEIRO, Filipe dos Santos 
Primeiro orientador: FERREIRA JUNIOR, Manoel Messias
Primeiro coorientador: SILVA, Pedro Diego da Silva e
Primeiro membro da banca: FERREIRA JUNIOR, Manoel Messias
Segundo membro da banca: SIFUENTES, Rodolfo Alván Casana
Terceiro membro da banca: TERÇAS, Hugo Fernando Santos
Quarto membro da banca: HELAYEL NETO, José Abdalla
Quinto membro da banca: NEVES, Mario Junior de Oliveira
Resumo: O presente trabalho aborda a propagação de ondas eletromagnéticas em plasmas frios quirais, no contexto da teoria de Maxwell-Carroll-Field-Jackiw (MCFJ) e das relações constitutivas bi-isotrópicas. Iniciamos revisando os aspectos essenciais da propagação de ondas eletromagnéticas (EM) em plasmas, analisando as relações de dispersão, índice de refração, modos de propagação e o efeito de birrefrin- gência, bem como os modos hélicons de baixa frequência. Na sequência, revisitamos alguns aspectos básicos de meios quirais, cujas propriedades são efetivamente regidas pela eletrodinâmica de áxions, que também se conecta com a eletrodinâmica de Carroll, Field e Jackiw (CFJ). Simetrias discretas e equações de movimento associadas a essas teorias são também investigadas. Em seguida, são analisados os casos de propagação paralela ao campo magnético, considerando separadamente as componentes tipo-tempo e tipo-espaço de CFJ, que desempenham o papel de condutividades anômalas quirais. Os modos ele- tromagnéticos e índices de refração modificados são derivados, sendo associados a ondas circularmente polarizadas à direita e à esquerda. Para cada índice, as regiões de propagação e absorção são ilustradas para alguns valores específicos dos parâmetros. No regime de baixas frequências, são obtidos hélicons modificados com polarizações circulares à direita e à esquerda, com comportamentos distintos ao hélicon usual. O comportamento óptico é também investigado por meio do poder de rotação (PR) e do coeficiente de dicroísmo. Observa-se a ocorrência de inversão do sinal do PR, propriedade incomum em plasmas magnetizados, mas já reportada em plasmas em rotação. Os mesmos procedimentos são realizados para a propagação em plasmas regidos por relações constitutivas bi-isotrópicas, onde se destaca o surgimento de uma dupla reversão no PR. Dados associados a medidas de dispersão e birrefringência de sinais de rádio provenientes de pulsares e Fast-Radio-Bursts (FRBs) são utilizados para impor restrições sobre os parâ- metros quirais. Tais restrições são tabeladas e comparadas com resultados já estabelecidos na literatura. Efeitos quirais em plasma girantes são também analisados, em especial o efeito de birrefringência, onde observa-se novamente a inversão de PR. Por fim, a conversão de fóton-áxion em plasma quiral é proposta e investigada, onde destaca-se a seletividade do meio quiral a fótons de polarização circular específica, possibilitando conversão ressonante entre áxions e fótons RCP ou LCP.
Abstract: In this work, we discuss the propagation of electromagnetic waves in cold chiral plasmas within the framework of the Maxwell-Carroll-Field-Jackiw (MCFJ) theory and bi-isotropic constitutive relations. We initiate by reviewing the essential aspects of electromagnetic wave propagation in plasmas, analyzing dispersion relations, refractive indices, propagation modes, birefringence effects, and low-frequency he- licon modes. Next, we revisit fundamental aspects of chiral media, whose properties are effectively ruled by axion electrodynamics, which is also connected to Carroll-Field-Jackiw (CFJ) electrodynamics. Dis- crete symmetries and the corresponding equations of motion associated with these theories are also exa- mined. We then analyze wave propagation parallel to an external magnetic field, considering the timelike and spacelike components of the CFJ term, which play the role of anomalous chiral conductivities. Modi- fied electromagnetic modes and refractive indices are derived and associated with right- and left-handed circularly polarized waves. For each refractive index, propagation and absorption regions are illustrated for selected parameter values. In the low-frequency regime, modified helicon modes with right- and left- handed circular polarizations are obtained, exhibiting behaviors distinct from the conventional helicon. Optical properties are further investigated through the rotatory power (RP) and the dichroism coeffici- ent. A reversal of the RP sign is observed, an uncommon feature in magnetized plasmas but previously reported in rotating systems. The same analysis is performed for plasmas described by bi-isotropic cons- titutive relations, where the emergence of a double RP reversal is highlighted. Data from dispersion and birefringence measurements of radio signals emitted by pulsars and Fast-Radio-Bursts (FRBs) are used to impose constraints on the chiral parameters. These constraints are tabulated and compared with previ- ously established results in the literature. Chiral effects in rotating plasmas are also analyzed, particularly birefringence, for which a reversal of PR is again observed. Finally, photon-axion conversion in a chiral plasma is proposed and investigated, highlighting the selectivity of the chiral medium toward photons with a specific circular polarization and enabling resonant conversion between axions and either RCP or LCP photons.
Palavras-chave: física de plasmas;
plasmas quirais;
áxions;
violação da simetria de lorentz;
relações de dispersão;
birrefringência;
conversão fóton-áxion
plasma physics;
chiral plasmas;
axions;
lorentz symmetry violation;
dispersion relations;
birefringence;
photon-áxion conversion.
Área(s) do CNPq: Física de Plasmas
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE FÍSICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA/CCET
Citação: RIBEIRO, Filipe dos Santos. Plasmas quirais com aplicações em efeitos ópticos, conversão áxion-fóton e em cenários astrofísicos. 2026. 224 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Física/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2026.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/7227
Data de defesa: 25-Ago-2026
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FISICA

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