Aspectos clássicos de teorias de gravitação de ordem superior

Teorias de gravitação de ordem superior possuem interessantes propriedades quânticas relacionadas à renormalizabilidade e unitariedade. Por exemplo, modelos com mais de quatro derivadas na ação podem ser super-renormalizáveis e ter uma matriz-S unitária, caso os pólos massivos do propagador sejam complexos; e modelos não-locais podem ser renormalizáveis sem introduzir novas partículas no espectro. É importante, pois, estudar essas teorias mesmo no limite de baixas energias e buscar seus efeitos observacionais característicos. Nesta tese consideramos aspectos e aplicações de teorias clássicas de gravitação de ordem superior, locais e não-locais. Na primeira parte, discutimos o limite newtoniano da gravitação polinomial geral. Mostramos que todos os modelos polinomiais que possuem pelo menos um modo massivo tensorial e outro escalar estão associados a um potencial newtoniano (modificado) não-singular. Ainda, teorias com pelo menos seis derivadas nos setores de spin-2 e de spin-0 possuem um limite newtoniano regular, sem singularidades nos invariantes de curvatura, quando acoplados com uma fonte delta de Dirac. Em seguida, mostramos como essa caracterização dos modelos regulares pode ser obtida de forma alternativa ao interpretar o efeito das derivadas mais altas como a regularização de uma fonte efetiva, e a estendemos para o caso de modelos não-locais e sem fantasmas. Mostramos que a regularidade da solução não está relacionada à não-localidade ou à renormalizabilidade da teoria. Na segunda parte desta tese focamos aspectos fenomenológicos desses modelos. Estudamos os efeitos que modos complexos e/ou degenerados podem ter no potencial e na deflexão gravitacional da luz. Analisamos, também, o efeito indireto que modos escalares massivos podem exercer nas predições de deflexão da luz. Por fim, introduzimos um mecanismo de seesaw gravitacional como uma possibilidade de evitar a supressão das derivadas mais altas causada pela escala de Planck. Discutimos a viabilidade desse mecanismo, mostrando que ele ocorre apenas de forma fraca em teorias polinomiais.