Buscador

Encontrado(s) 2218769 resultado(s)
Encontrada(s) 221877 página(s)

Many-body studies on atomic quantum systems

  • Mur Petit, Jordi
En aquesta tesi presentem un conjunt d'estudis sobre sistemes atòmics on els efectes quàntics són especialment destacats. Aquests estudis s'han dut a terme aplicant diverses tècniques de la física teòrica de molts cossos.<br/><br/>En primer lloc hem estudiat la possible existència d'una transició de fase superfluida en un gas ultrafred d'àtoms fermiònics, mitjançant una generalització de la teoria BCS de la superconductivitat que dóna especial rellevància al paper jugat per l'asimetria de densitat entre les dues espècies, i permet que l'estat fonamental presenti un trencament espontani de simetria.<br/><br/>En una segona part, hem estudiat la dinàmica d'un condensat de Bose-Einstein el grau de llibertat d'espí del qual pot evolucionar dins d'una trampa òptica quasi-unidimensional, tant a temperatura zero com finita, mitjançant una formulació de camp mitjà.<br/><br/>Finalment, hem dut a terme un estudi detallat de l'estat fonamental i la tensió lineal de sistemes bidimensional d'heli-4, primerament mitjançant les tècniques de Monte Carlo, i posteriorment amb un funcional de la densitat construit amb aquest objectiu., <i>EN CASTELLÀ: <br/><br/>En esta tesis se presenta un conjunto de estudios sobre sistemas atómicos donde los efectos cuánticos son especialmente destacados. Dichos estudios se han llevado a cabo aplicando varias técnicas de la física teórica de muchos cuerpos.<br/><br/>En primer lugar, se ha estudiado la posible existencia de una transición superfluida en un gas ultrafrío de átomos fermiónicos mediante una generalización de la teoría BCS de la superconductividad que presta especial atención al papel jugado por la asimetría de densidad entre las dos especies, y permite que el estado fundamental presente una rotura espontánea de simetría.<br/><br/>En una segunda parte, se ha estudiado la dinámica de un condensado de Bose-Einstein cuyo grado de libertad de espín puede evolucionar en una trampa óptica cuasi-unidimensional, tanto a temperatura cero como finita, mediante una formulación de campo medio.<br/><br/>Finalmente, se ha llevado a cabo un estudio detallado del estado fundamental y la tensión lineal de sistemas bidimensionales de helio-4, primeramente mediante las técnicas de Monte Carlo, y posteriormente con un funcional de la densidad construido al efecto.<br/><br/>PALABRAS CLAVE: Átomos fríos, Aparejamiento, Condensado espinorial, Helio, Dos dimensiones</i>, SUMMARY: <br/><br/>This thesis presents a set of studies on atomic systems where quantum efects are particularly relevant. These studies have been developed by applying a variety of tools from many-body physics.<br/><br/>First of all, we have studied the prospects for the existance of a superfluid transition in an ultracold gas of fermionic atoms, by generalizing the BCS theory of superconductivity to the case when the two species that pair have different densities and the ground state may spontaneously break one or more symmetries.<br/><br/>In a second part, we have studied the dynamics of a Bose-Einstein condensate whose spin degree of freedom is free to evolve inside a quasi-onedimensional optical trap. We have used a mean-field formulation to address both the zero temperature case and the finite temperature one.<br/><br/>Finally, we have performed a careful study of the ground state and the line tension of two-dimensional systems of helium-4. First, we have used Monte Carlo techniques, then with a Density Functional built on-purpose.<br/><br/>KEYWORDS: Cold gases, Pairing, Spinor condensate, Helium, Two dimensions

Proyecto:

Thermodynamical Properties of Nuclear Matter from a newline Self-Consistent Green's Function Approach

  • Rios Huguet, Arnau
The main contribution of this thesis concerns the application of the Luttinger-Ward formalism to the study of the thermodynamical properties of nuclear matter. This formalism is devoted to compute the different thermodynamical potentials from the Green's functions and therefore offers a consistent theoretical framework within which the microscopic as well as the macroscopic properties of nuclear matter can be treated at the same level.<br/><br/>In this thesis, the Luttinger-Ward formalism has been applied to nuclear matter within two different approximations. The Hartree-Fock approximation leads to unrealistic results, but it is very useful to check the validity of the formalism in the mean-field case. Within the ladder approximation, the application of the Luttinger-Ward formalism leads to analytical results for the thermodynamical potentials in terms of the microscopical properties of the system. Therefore, using the Self-Consistent Green's Function scheme, which offers a realistic description of nuclear systems at the microscopical level, one obtains a set of microscopical properties (spectral functions, NN interaction in the medium, etc) which can be used directly in the calculation of the thermodynamical observables of dense matter.<br/><br/>In particular, in this thesis special attention has been paid to the computation of the entropy of a system of correlated nucleons within the dynamical quasi-particle approximation. From this quantity, the free energy as well as other thermodynamical potentials of the system have been computed, leading to a full characterization of nuclear matter at the macroscopic level. In addition, the thermodynamical consistency of the approach has been shown by means of the microscopic and macroscopic chemical potentials. Finally, the liquid-gas phase transition of nuclear matter has been studied at a qualitative level., <i>La principal contribució d'aquesta tesi ha estat l'aplicació del formalisme de Luttinger-Ward a l'estudi de les propietats termodinàmiques de la matèria nuclear. Aquest formalisme permet obtenir els diferents potencials termodinàmics a partir de les funcions de Green i constitueix doncs un marc teòric consistent en què les propietats microscòpiques i macroscòpiques de la matèria nuclear poden ser tractades al mateix nivell.<br/><br/>En aquesta tesi, el formalisme de Luttinger-Ward s'ha aplicat a la matèria nuclear per a dues aproximacions diferents. En l'aproximació de Hartree-Fock, els resultats obtinguts són poc realistes, però permeten comprovar la validesa del formalisme en el cas del camp mig. En l'aproximació d'escala, l'aplicació del funcional de Luttinger-Ward dóna resultats analítics per als potencials termodinàmics a partir de les propietats microscòpiques del sistema. D'aquesta manera, mitjançant l'esquema de Funcions de Green Autoconsistents, que ofereix una descripció realista del sistema nuclear a nivell microscòpic, obtenim una sèrie de propietats microscòpiques (funcions espectrals, interacció NN en el medi nuclear, etc) que poden ser utilitzades directament en el càlcul dels observables termodinàmics de la matèria densa.<br/><br/>En particular, en aquesta tesi hem fet èmfasi en el càlcul de l'entropia d'un sistema de nucleons correlacionats en l'aproximació de quasi-partícula dinàmica. A partir d'aquesta quantitat, s'han obtingut l'energia lliure i altres potencials termodinàmics del sistema, fet que ens permet caracteritzar-lo a nivell macroscòpic. A més, s'ha demostrat la consistència termodinàmica de l'aproximació a partir de càlculs del potencial químic macroscòpic i microscòpic. Finalment, s'ha estudiat de manera qualitativa la transició líquid-gas de la matèria nuclear. </I>, RESUMEN:<br/><br/>La principal contribución de esta tesis concierne la aplicación del formalismo de Luttinger-Ward al estudio de las propiedades termodinámicas de la materia nuclear. Este formalismo permite obtener los diferentes potenciales termodinámicos a partir de las funciones de Green y constituye por lo tanto un marco teórico consistente en el que las propiedades microscópicas y macroscópicas de la materia nuclear pueden ser tratadas al mismo nivel.<br/><br/>En esta tesis, el formalismo de Luttinger-Ward se ha aplicado a la materia nuclear para dos aproximaciones distintas. En la aproximación de Hartree-Fock, los resultados obtenidos son poco realistas, pero permiten comprobar la validez del formalismo en el caso del campo medio. En la aproximación de escalera, la aplicación del funcional de Luttinger-Ward da lugar a resultados analíticos para los potenciales termodinámicos a partir de las propiedades microscópicas del sistema. De este modo, mediante el esquema de Funciones de Green Autoconsistentes, que ofrece a una descripción realista del sistema nuclear a nivel microscópico, obtenemos una serie de propiedades microscópicas (funciones espectrales, interacción NN en el medio nuclear, etc) que pueden ser usadas directamente en el cálculo de los observables termodinámicos de la materia densa.<br/><br/>En particular, en esta tesis se ha prestado especial atención al cálculo de la entropía de un sistema de nucleones correlacionados en la aproximación de quasi-partícula dinámica. A partir de esta cantidad, se ha obtenido la energía libre, así como otros potenciales termodinámicos del sistema, lo que nos permite caracterizarlo a nivel macroscópico. Así mismo, se ha demostrado la consistencia termodinámica de la aproximación a partir de los cálculos del potencial químico macroscópico y microscópico. Finalmente, se ha estudiado de forma cualitativa la transición líquido-gas de la materia nuclear.

Proyecto:

Entanglement and Quantum Cryphtography

  • Bae, Joonwoo
Quantum cryptography is one of the most important quantum information applications. The present thesis covers several topics on quantum cryptography, such as the security analysis of quantum channels for key distribution protocols and the study of quantum cloning.<br/>First, we introduce a general formalism to characterize the cryptographic properties of quantum channels in the realistic scenario where the two honest parties employ prepare and measure protocols and the known two-way communication reconciliation techniques. We derive a necessary and sufficient condition to distill a secret key using this type of schemes for arbitrary bipartite quantum systems of finite dimension. The obtained results suggest that there may exist weakly entangling channels useless for key distribution using prepare and measure schemes.<br/>Next, we consider Gaussian states and Gaussian operations for cryptographic tasks and derive a new security condition. As it happens for quantum systems of finite dimension, our results suggest that there may also exist weakly entangled Gaussian states useless for key distribution, using Gaussian operations. <br/>Finally, we study the connection between cloning and state estimation.<br/>It was a long-standing problem to show whether state estimation becomes equivalent to quantum cloning in the asymptotic limit of an infinite number of clones. The equivalence is proven here using two known results in quantum information theory, the monogamy of quantum states and the properties of entanglement-breaking channels.

Proyecto:

Facets of non-relativistic Effective Field Theories.

  • Eiras Fernández, Dolors
Collected papers where problems involving non-relativistic systems are solved by means of a proper Effective Field Theory. Those problems include the calculation of the lifetime of pionium, the lepton finite mass corrections from vacuum polarization to non-relativistic bound state energies and wave function at the origin, the analysis of the Nucleon-Nucleon OPE (one pion exchange) interactions from a renormalization point of view and heavy quarkonia P-wave hadronic decays., <i>Aquesta tesi presenta un recull de publicacions on problemes relatius a sistemes no relativistes són adreçats mitjançant l'apropiada EFT (Effective Field Theory). Entre les esmentades aplicacions s'inclou el càlcul de la vida mitjana del pionium, correccions a les energies d'estats lligats i funció d'ona a l'origen degudes a la massa &#64257;nita del leptó en la polarització del buit, l'anàlisi de la interacció OPE (one pion exchange) des del punt de vista de la seva renormalització i, &#64257;nalment, decaiments hadrònics d'ones P en "heavy quarkonia". </i>

Proyecto:

Model d'Ising amb camps aleatoris: propietats i aplicacions

  • Illa i Tortós, Xavier
S:<br/><br/>L'objectiu principal d'aquesta tesi és aprofundir en l'estudi dels models microscòpics que permeten estudiar la histèresi. Aquest fenomen està present en moltes àrees de la física i ha despertat l'interès de molts investigadors al llarg de la història.<br/><br/>Entre tots els sistemes que presenten histèresis, ens centrem en els que tenen un comportament atèrmic. En aquests, la histèresi no és conseqüència d'una competició entre la velocitat de conducció de la força externa i la velocitat de relaxació del sistema i per tant, s'obté una histèresi que no depèn del ritme de variació de la força externa. En aquests sistemes atèrmics, la histèresi és deguda a la presència d'un escenari molt complex d'energia lliure amb un gran número d'estats metastables separats amb unes barreres energètiques molt altes. Aquestes barreres energètiques altes fan que el paper de les fluctuacions tèrmiques sigui negligible i que el sistema només pugui evolucionar quan el conduïm amb un camp extern, presentant una evolució amb una dinàmica d'allaus.<br/><br/>En la tesi s'aprofundeix en un dels models microscòpics que ha servit per modelitzar el comportament dels sistemes ferromagnètics reals. Aquest model s'obté fent una extensió del model d'Ising habitual i s'anomena model d'Ising amb camps aleatoris (RFIM). Malgrat que es pot estudiar el comportament d'equilibri, els nostres estudis han estat enfocats a estudiar-lo amb una dinàmica metastable a temperatura zero que serveix per modelitzar el comportament dels sistemes atèrmics. <br/><br/>La tesi esta dividida en quatre blocs:<br/><br/>i) Un primer bloc en el qual es fa una introducció a la termodinàmica dels sistemes magnètics (capítol 1) i un estudi detallat del RFIM considerant tant el cas d'equilibri com la dinàmica metastable (capítol 2). <br/><br/>ii) Un segon bloc on es desenvolupen els càlculs analítics que s'han realitzat del model. S'obtenen les expressions analítiques dels termes energètics del RFIM amb dinàmica metastable "1-spin-flip" sobre xarxes de Bethe (capítol 3). També s'obte l'expressió analítica de la imantació del RFIM amb dinàmica metastable "2-spin-flip" sobre una cadena unidimensional(xarxa de Bethe amb connectivicat dos) i es demostra l'aparició d'una transició de fase fora de l'equilibri quan s'utilitza una xarxa de Bethe amb connectivitat tres (capítol 4). <br/><br/>iii)El tercer bloc està dedicat a l'estudi d'algunes propietats del model. Es realitza un estudi detallat del RFIM diluït que s'obté introduint vacants al sistema (capítol 5). Per altra banda també s'estudien les propietats estadístiques dels "pinning fields" que són els causants de l'escenari complex d'energia lliure i per tant de la histèresi en els sistemes atèrmics (capítol 6).<br/><br/>iv) L'últim bloc està dedicat a utilitzar el model per interpretar algunes observacions experimentals. En el capítol 7 s'utilitza una petita modificació del RFIM per donar una explicació senzilla del fenomen de l'"Exchange Bias" i en el capítol 8 s'estudien les propietats del RFIM quan la variable de control passa a ser la imantació enlloc del camp extern., <i>THESIS ABSTRACT:<br/><br/>The main goal of this thesis is to perform a deep study of some microscopic models that allow hystereis to be studied. This phenomenon is ubiquitous in many areas of physics and has attracted the attention of researchers for a long time.<br/><br/>Among all systems that have hysteresis we will focus on those that have an athermic behaviour. In these cases hysteresis is not due to a competition between the driving force rate and the system relaxation rate, and therefore these systems have a rate independent hysteresis. In athermic systems, hysteresis originates from the existence of very complex free energy scenario with high energy barriers. These high energy barriers cause that thermal fluctuations are completely negligible, and the system can only evolve when it is driven by an external field, showing an avalanche-like dynamics.<br/><br/>In this thesis we focus on the random-field Ising model (RFIM) which has been used to model the behaviour of real ferromagnetic systems. RFIM is an extension of the well-known Ising model. His equilibrium behaviour has been widely studied and we focus on the metastable dynamics at zero temperature which is useful to model athermic systems. We present new analytical results and study some properties and experimental applications.</i>

Proyecto:

Topics in quantum Nanostructure Physics: Spin-Orbit effects and Far-Infrared Response

  • Malet Giralt, Francesc
We have investigated several properties of semiconductor electronic nanostructures. In the first part of the thesis, within the density functional theory we have addressed the ground state and the dipolar response of quantum rings. In particular, we have considered single-quantum-ring systems and also vertically and concentrically coupled quantum rings. As parameters, we have taken both the inter-ring distance and the intensity of externally applied electric and/or magnetic fields. The calculation of the addition energies and the dipolar response has allowed us to study the evolution of these properties as a function of the mentioned parameters, and to describe as well some of the properties of double-ring systems in terms of those of the single rings, especially in the limits of small (strong coupling regime) and large (weak coupling regime) ring separations.<br/><br/>Also, we have studied the effects of the Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions in quantum wells and wires submitted to magnetic fields. For the formers, we have not taken into account the electron-electron interaction in most of the calculations and we have employed an analytic formalism that has allowed us to obtain exact results for the electronic eigenstates and eigenenergies in some particular cases, as well as non-exact expressions obtained after doing some approximations that have turned out to be very accurate when compared with the numerically obtained results. For the quantum wires, we have employed a generalization of the local spindensity approximation that allows to treat systems with non-collinear spins (e.g. due to the spinorbit interaction) similarly as those systems in which one can define a common spin quantization axis. This way we have been able to compute the single-particle orbitals and also the conductance of the wire as a funcion of both the magnetic field and the spin-orbit coupling strengths, investigating the effects of the exchange-correlation interaction.<br/><br/>KEY WORDS: Nanostructures, Quantum Rings, Quantum Wires, Spin-Orbit, Far-Infrared Response, <i>Hem investigat diverses propietats de les nanoestructures electròniques de semiconductor. En primer lloc, utilitzant el formalisme de la teoria del funcional de la densitat hem estudiat l'estat fonamental i la resposta a l'infraroig llunyà d'anells quàntics. En particular, hem considerat els sistemes formats per un sol anell, i també per anells dobles acoblats verticalment i concèntricament.<br/><br/>Com a paràmetres hem pres les distàncies de separació entre els anells, i també la intensitat d'un cert camp elèctric i/o magnètic aplicat sobre els sistemes. El càlcul de les energies d'addició i de la resposta dipolar ens ha permès observar la seva evolució en funció d'aquests paràmetres, i també descriure algunes de les propietats dels anells dobles en termes de les dels anells simples, especialment en els límits de separacions molt petites (límit d'acoblament quàntic fort) i molt grans (límit d'acoblament quàntic dèbil).<br/><br/>Per altra banda, hem estudiat els efectes de les interaccions d'spin-òrbita de Rashba i de Dresselhaus en pous i fils quàntics sotmesos a camps magnètics. En el cas dels primers, s'ha omès en gairebé tots els càlculs la interacció electró-electró i s'ha emprat un formalisme anal.lític que ens ha permès obtenir resultats exactes pels autoestats i les autoenergies dels electrons en alguns casos particulars, i d'altres expressions no exactes obtingudes després de realitzar certes aproximacions, però que han resultat ser molt acurades en comparar-les amb els resultats numèrics. En el cas dels fils quàntics hem utilitzat una generalització de l'aproximació local d'spin que ens ha permès estudiar un sistema on els spins no són colineals degut a la presència de la interacció d'spin-òrbita de manera similar als sistemes en que sí ho són. Així hem calculat les energies monoparticulars i la conductància del fil en funció del camp magnètic i de la intensitat dels acoblaments de Rashba i de Dresselhaus, investigant els efectes de la interacció d'intercanvi-correlació. </i>

Proyecto:

Semiclassical approach to relativistic nuclear mean field theory

  • Centelles Aixalà, Mario
The nuclear many-body problem is nowadays being increasingly approached on the basis of a relativistic formalism. Microscopic Dirac-Brueckner-Hartree-Fock (DBHF) calculations starting from a realistic nucleon-nucleon interaction seem to be very promising. In the theory of quantum hadrodynamics, nucleons interact through the exchange of virtual mesons and the dynamics is specified by Lorentz covariant Lagrangian densities. In the simplest version, only a vector field (associated with the w meson) accounting for short-range repulsion and a scalar field ("sygma" meson) responsible for attraction are needed to describe saturation in nuclear matter. Calculations in mean field Hartree approximation, neglecting exchange terms and without including any contribution from antiparticles, give an accurate description of many of the features of nuclear systems.<br/><br/>The success of semi-classical models in non-relativistic nuclear physics provides a very strong motivation for investigating similar methods in the relativistic context, where only the pure Thomas-Fermi approximation had been studied. In this thesis we set up the semi-classical expansion in relativistic nuclear mean field theory, including gradient corrections of order h(2) to the Thomas-Fermi model, and investigate several applications to nuclear systems.<br/><br/>On the basis of Wigner transform techniques, a. recursive scheme to obtain the semi-classical h(2) expansion of the propagator associated with a time-independent single-particle Hamiltonian with matrix structure is presented. We focus our attention on the application of the method to a Dirac Hamiltonian related to relativistic nuclear mean field theory, i.e., including a position-dependent effective mass and the time-like component of a. four-vector field. Compared with the non-relativistic case, the procedure is considerably more complicated owing to the matrix structure of the Hamiltonian. For this reason the "h", expansion is pushed to order h(2) only. A detailed derivation is given of the h(2)-order Wigner-Kirkwood expansion of the relativistic density matrix, in terms of the gradients of the vector and the scalar field, as well as of the expansion of the particle and energy densities. The idempotency of the semi-classical density matrix to second order in "h" is proven. The Wigner-Kirkwood expressions, as they stand, are not suitable to be employed in a self-consistent problem. Therefore, we obtain the corresponding density functional results. In this case the energy densities are expressed as a functional of the local density, the effective mass and their gradients.<br/><br/>The accuracy of the Wigner-Kirkwood series is tested on a. relativistic harmonic oscillator and perfect agreement with the Strutinsky averaged observables is found even in the highly relativistic regime. The density functional version is shown to be slightly less accurate, a feature already known in the non-relativistic case. It turns out that the semi-classical expressions represent the different quantities on average, that is, quantum fluctuations are averaged out. This model study shows that, for positive energy states, the derived semi-classical expansions contain all the relativistic ingredients, the difference with quantal results being due mainly to shell effects.<br/><br/>Extended Thomas-Fermi calculations, which· include h(2)-order gradient corrections, are performed for relativistic non-linear "sigma"- "omega" models using two kinds of Lagrangians which differ in the form of the scalar coupling for the isoscalar sigma meson. Comparing the semi-classical results of order h(2) (TFh(2)) with the Hartree results, we find that the TFh(2) approximation yields some underbinding when the effective mass (mº) of the model is small, and some overbinding when mº is large. For a value around mº/m = 0.65, both TFh(2) and Hartree would roughly yield the same binding energy. However, since semi-classical and quantal results must differ in the so-called shell energy, this indicates that it is not properly estimated by the TFh(2) approximation.<br/><br/>When the h(2)-order gradient corrections are taken into account (TFh(2), we have found a numerical instability in the solution of the semi-classical Klein-Gordon equation obeyed by the scalar field in the case of parameterizations which have mº/m </= 0.60, which can be eliminated if the q-meson mass mº is reduced (with the ratio g(2-0)/m(2-0) unaltered).<br/><br/>Second-order corrections in "h" to the TFh(0) approximation improve the agreement with Hartree solutions in a sensitive way, always yielding more bound nuclei than within the Hartree approach. The sign of the h(2) corrections depends on mº, and they are found to vanish around mº/m = 0.75 for the models of the type considered here. In several respects, the semi-classical relativistic phenomenology quite resembles the one met in the non-relativistic regime using Skyrme forces, in spite of the different origin of mº in both situations. Extending the so-called expectation value method to the relativistic problem, and using the TFh(2) semi-classical mean field as a starting point, perturbative quantal solutions are found which are in good agreement with the Hartree results.<br/><br/>The semi-classical TFh(0) and TFh(2) density distributions do not present oscillations due to the absence of shell effects, but they average the Hartree results. In the interior of the nucleus the TFh(0) and TF1i2 densities are very similar. However, in the surface and the outer region the TF1i2 densities come appreciably closer than TFh(0) to the Hartree results, due to the gradient corrections incorporated by the TF1i2 functionals, and show an exponential drop off.<br/><br/>Liquid drop model coefficients are calculated for some parameter sets of the "sygma-omega" model. We have found reasonable results for the surface thickness and for the surface and curvature energies, which are within the range of the values obtained in non-relativistic calculations using density-dependent Skyrme forces. Therefore, the relativistic effects do not seem to avoid the disagreement of the calculated value of the curvature energy with the empirical value.<br/><br/>In this work we also study the effects of the density-dependent Dirac spinor for the nucleons, as is determined microscopically in the DBHF approach, on various properties of the structure and scattering of finite nuclei. To enable this, we construct a relativistic energy density functional that contains the semi-classical kinetic energy density of order h(2). The effective mass and the volume term in the potential energy arise from a DBHF calculation of nuclear matter. This volume term is supplemented by some conventional correction terms and the few free parameters are suitably adjusted. It turns out that the radii of nuclei calculated with the present approach agree better with the experimental value than those obtained in similar studies using a potential energy derived from a non-relativistic G-matrix. This demonstrates that the Dirac effects improve the calculation of ground-state properties of finite nuclei also in our relativistic extended Thomas-Fermi (RETF) approximation.<br/><br/>However, this study of ground-state properties is not the main goal of our investigation.<br/>The capabilities of our RETF functional are actually appraised in situations in which a full microscopic relativistic calculation, or even a phenomenological one, cannot be easily made, such as nuclear fission of rotating nuclei and heavy ion scattering. In these situations, the method constitutes a reliable tool. For the nuclear fission barriers, the present calculations are the first ones carried out with a relativistic model. We have shown that the model yields results comparable to the non-relativistic ones, with the conceptual-advantage of being relativistic and thus automatically incorporating the spin-orbit force. For the calculations of heavy ion elastic scattering cross sections, we have been able to improve previous results due to achieving a better description of the nuclear, densities.<br/><br/>Let us summarize the two apparent merits which the TFh(2) approximation has over the simple TFh(0) one. On the one hand, it provides fully variational densities that go exponential to zero. On the other hand, it takes into account non-local spin-orbit and effective mass contributions up to order h(2), yielding a more reliable average value., <i>Se establece el desarrollo semi-clásico hasta orden h(2) en la teoría nuclear relativista de campo medio. Así, se obtienen las densidades semi-clásicas relativistas de partículas y de energía para un conjunto de fermiones sometidos a un campo escalar y a un campo vector, en las teorías de campo medio de Wigner-Kirkwood y de Thomas-Fermi, incluyendo correcciones en gradientes hasta orden h(2). El método semi-clásico se aplica a un oscilador armónico relativista. Después se utiliza en modelos T-W no lineales, para los cuales se resuelven las ecuaciones variacionales en núcleos finitos y en materia nuclear semi-infinita. Los resultados semi-clásicos son comparados con los correspondientes resultados cuánticos Hartree.<br/><br/>Para estudiar los efectos de los espinores de Dirac para los nucleones sobre diversas propiedades de la estructura y de la dispersión de núcleos finitos, se construye un funcional de la densidad de energía relativista. El funcional contiene la densidad de energía cinética relativista de orden h(2). La masa efectiva y la parte potencial se obtienen a partir de cálculos Dirac-Brueckner de materia nuclear. Se presta especial atención al cálculo de barreras de fisión de núcleos en rotación y del potencial óptico para la dispersión de iones pesados a energías intermedias. </i>

Proyecto:

Simulació Monte Carlo de sistemes amb acoblament de graus de llibertat

  • Vives i Santa-Eulàlia, Eduard
Els models microscòpics usuals que es proposen en Mecànica Estadística descriuen, únicament, un tipus de grau de llibertat. Aquests models permeten explicar algunes transicions de fase que es troben en els diagrames de fase de sistemes reals. Ara bé, aquests últims estan constituïts per elements que normalment presenten diferents tipus de graus de llibertat tals com els posicionals, orientacionals, magnètics, conformacionals, etc. L'estudi global de tot un diagrama de fases no pot fer-se mitjançant la simple superposició de models simples ja que, normalment, els diferents tipus de graus de llibertat interfereixen i s'acoblen. Cal, per tant, proposar i resoldre models microscòpics que descriguin la competició entre diferents graus de llibertat.<br/><br/>D'entre d'altres exemples de sistemes amb fenòmens d'acoblament destaquen els aliatges binaris amb àtoms magnètics, els cristalls líquids, els cristalls plàstics, les barreges de líquids moleculars, etc... D'altres fenòmens que també poden englobar-se dins d'aquest marc de l'acoblament són la dependència amb l'ordre atòmic d'algunes transicions estructurals en aliatges binaris i, fins i tot, els sistemes de partícules adsorbides sobre un substrat.<br/><br/>Desde un punt de vista fenomenològic la teoria de Landau amb dos paràmetres d'ordre posa de manifest els principals efectes que es poden donar. Entre d'altres destaquen el desplaçament o desaparició de fases que hom esperaria si no existissin termes d'acoblament, l'existència de fases reentrants, punts tricritics I multicrítics, etc ... D'entre tots els possibles termes d'acoblament entre dos paràmetres d'ordre "x" i "y" a l'energia lliure que hom pot imaginar el més estudiat ha estat l'acoblament biquadràtic x(2)y(2), encara que termes com x(2)y també s'han mostrat útils en alguns casos com per exemple en l'estudi de diagrames de fase de cristalls líquids.<br/><br/>La resolució exacta dels models complexos no pot fer-se analíticament. Els mètodes pertorbatius són adequats quan les energies d'acoblament són petites, però sovint aquest no és el cas. Per això la simulació de Monte CarIo és una eina indispensable per a aquests casos. Els principals problemes que presenta són que únicament podem simular sistemes finits durant un temps relativament curt. L'estudi de les transicions de fase, on el límit termodinàmic és indispensable i les correlacions temporals poden ésser molt llargues, requereix doncs de tècniques especifiques. Els efectes de mida finita es poden reduir mitjançant l'extrapolació a mida infinita a partir de l'estudi de sistemes de diferents mides o mitjançant la teoria del "Finite Size Scaling".<br/><br/>En aquest treball ens hem centrat en tres problemes concrets, relacionats amb l'acoblament de graus de llibertat.<br/><br/>En primer lloc hem proposat un model microscòpic per als cristalls líquids. Es basa en el model "lattice-gas" bidimensional i inclou graus de llibertat orientacionals de les partícules. La seva resolució s' ha fet mitjançant tècniques de camp mitjà i simulació de Monte Carlo. El model reprodueix qualitativament els diagrames de fase experimentals d'algunes barreges de cristalls líquids, així com l'existència d'un punt tricrític en la línea de transició Smèctica-Nemàtica i la variació dels exponents crítics efectius.<br/><br/>Un segon estudi s'ha centrat en el problema dels aliatges binaris amb estructura BCC que tenen una transició estructural cap a una fase més compacta a baixa temperatura. Aquesta transició involucra els graus de llibertat posicionals dels nusos de la zarza BCC que sofreixen l'acció d'una cisalla. Aquests aliatges presenten a temperatures més elevades fenòmens de reordenament dels àtoms en la.xarxa BCC. Aquests fenòmens de tipus difusiu poden estudiar-se prescindint dels detalls exactes de la dinàmica del moviment atòmic, mitjançant un model que inclogui graus de llibertat configuracionals (els nusos d'una xarxa poden ésser A o B). La temperatura a la qual es produeix la transició estructural (normalment de primer ordre) depèn de l'ordre configuracional dels àtoms. Aquesta ordenació pot vari.ar-se, de forma controlada, mitjançant trempes ràpides desde diferents temperatures dins la zona de reordenament atòmic. Mitjançant el mètode de Monte CarIo hem simulat amb un model molt simple els fenòmens de reordenament en un aliatge binari tipus BCC en funció de la temperatura. En particular s'han estudiat les transicions entre estructures D0(3) , B2 i A2. Estudiant com les constants elàstiques de la xarxa depenen de l'ordre configuracional hem pogut justificar qualitativament la dependència de la temperatura de transició estructural amb la temperatura des de la qual es fa la trempa. Hem estudiat també, mitjançant una energia lliure de Landau i un model microscòpic, com l'increment d'entropia de la transició estructural depèn de l'ordre configuracional.<br/><br/>Finalment hem estudiat el problema dels sistemes de partículas adsorbides sobre substrats. Hem proposat un model que separa els graus de llibertat posicionals de les partícules en dos: per un costat uns graus de llibertat discrets tipus "lattice-gas" que descriuen els salts de les partícules d'un pou de potencial ("corrugation potential") a un altre en el substrat i per altre uns graus de llibertat continus que descriuen el moviment de les partícules dins els pous. La simulació Monte CarIo d'aquest model ha permès estudiar la transició de fase sòlid-líquid en aquests sistemes per a diferents valors del "corrugation potential". En el límit de substrat pla els nostres resultats indiquen la presència d'una zona de coexistència entre la fase sòlida i la líquida amb propietats de tipus hexàtic. En el cas de que el "corrugation potential" sigui prou gran els factors d'estructura simulats coincideixen perfectament amb resultats teòrics trobats en la literatura. Ara bé, quan els pous del "corrugation potential" són molt petits es troben discrepàncies ja que les fluctuacions de les partícules són molt grans., <i>The particles that constitute the real systems have, normally, several degrees of freedom: positional, orientational, conformational, etc. The study of a complete phase diagram cannot be done by the mere superposition of simple models because the different degrees of freedom interfere and coupling phenomena appear. Several examples are: magnetic binary alloys, liquid crystals, etc.<br/><br/>Other systems whose behaviours can also be regarded as the result of coupling are alloys undergoing structural phase transitions and systems of adsorbed molecules on substrates. In this work we have focused our attention in three problems related to coupling between degrees of freedom: (a) First of all we have developed a microscopic model for Liquid Crystals. It is based on a lattice-gas 2-dimensional model that includes orientational degrees of freedom for the molecules. It reproduces qualitatively well the experimental phase diagrams of a number of liquid crystal mixtures, the existence of a tri-critical point in the Smectic-Nematic transition line, and a continuous variation of the effective critical exponents. (b) A second work has been the study of BCC binary alloys that undergo structural phase transitions to packed phases at low temperature, and also exhibit atomic reordering phenomena at higher temperatures. Coupling phenomena between the structural degrees of freedom and the configurational atomic order can appear by means of quenches starting at temperatures in the range where atomic reordering is operative. We have studied how the elastic constants depend on the configurational order and we have justified the dependence of the structural transition temperature upon the starting temperature of the quench. (c) Finally we have studied systems of adsorbed molecules on substrates. We have proposed a model that splits the positional degrees of freedom of the particles: on the one hand it considers variables associated with the jumps of the particles between neighbouring wells of the corrugation potential and on the other hand it considers continuous degrees of freedom associated with the movement of particles inside the wells. Monte Carlo simulation allows the study of the solid-liquid phase transition for different values of the corrugation potential. In the limit of flat substrate our results show a coexisting zone with hexatic properties between the solid and liquid phases. For big enough corrugation potential the simulated structure factors are in agreement with the results of previous theorie s found in the literature. </i>

Proyecto:

Estudio de la dinámica estocástica mediante tiempos de primer paso

  • Ramírez de la Piscina Millán, Laureano
La caracterización de sistemas por medio de sus tiempos característicos es sujeto de investigación tanto teórica como experimental. Posiblemente el tiempo característico más conocido y más ampliamente utilizado es el Tiempo Medio de Primer Paso [MFPT]. Este tiempo se define como el promedio sobre muchas realizaciones del tiempo en el que el sistema cruza por primera vez una frontera previamente establecida.<br/><br/>El presente trabajo se centra en el problema de las escalas de tiempo de ciertos tipos de procesos bastante generales, dentro del contexto de los Procesos Estocásticos. En particular, utilizaremos el formalismo del MFPT en los siguientes sistemas: paso a través de una barrera en un potencial biestable, paso a través de una inestabilidad marginal, y relajación de un modelo con ruido multiplicativo en un sistema químico.<br/><br/>Los resultados obtenidos en el estudio de estos sistemas han sido los siguientes:<br/><br/>1) MFPT en un Sistema Biestable (Cap. II). <br/><br/>Se ha realizado una exhaustiva serie de simulaciones de este sistema para un amplio rango de variación de los parámetros del ruido. Los resultados se han comparado con las teorías existentes para los MFPT, estableciendo el dominio de aplicabilidad de cada una de ellas.<br/><br/>Se ha elaborado la teoría de la dinámica para "tau" grande pero finito, obteniendo la causa de la discrepancia de la Teoría del Potencial Fluctuante con los resultados de la simulación. El resultado más importante ha sido una ley de escala para el MFPT en este régimen.<br/><br/>2) MFPT de un sistema marginal (Cap. III).<br/><br/>Se ha obtenido la primera contribución en "tau" de los primeros momentos del Tiempo de Primer Paso para el modelo marginal (Ec. (2.3) del Cap. III) tanto para el caso "beta" = 0 (marginal puro) como para "beta" distinto de 0. Los resultados se han aplicado a la predicción del comportamiento de un modelo de Biestabilidad Óptica.<br/><br/>Además, se ha desarrollado la extensión de los resultados de los MFPT de inestabilidades lineales y marginales a valores grandes del tiempo de correlación. En el caso lineal, el resultado incluye la aproximación QDT, pero no esta limitado a intensidades pequeñas del ruido. En todos los casos las predicciones teóricas han sido confirmadas por la simulación numérica.<br/><br/>3) Dinámica estocástica de una reacción química (Cap. IV).<br/><br/>Se ha establecido el modelo dinámico de la reacción Clorito-Ioduro, mediante una Ecuación Diferencial Estocástica en la que el ruido da cuenta de las inhomogeneidades espaciales. Para tal modelo se ha calculado a primer orden en D el MFPT y su varianza.<br/><br/>La correspondencia entre el experimento y el modelo se ha establecido determinando la relación entre las respectivas escalas de tiempo, y correlacionando la intensidad del ruido con el inverso del <i>stirring</i> experimental. Los resultados analíticos y de simulación del modelo presentan un buen acuerdo con las magnitudes medidas experimentalmente. Se ha encontrado así mismo el comportamiento cualitativo correcto de la magnitud relativa DeltaT/T.<br/><br/>4) Conclusiones.<br/><br/>Para las conclusiones específicamente relacionadas con cada uno de los sistemas estudiados nos remitimos al cuerpo de la Tesis. No obstante, podemos extraer una serie de conclusiones de índole mis general, relacionadas con la temática de los Tiempos de Paso y el problema del tiempo de correlación del ruido.<br/><br/>El problema correspondiente a sistemas sometidos a la acción de ruido blanco o con tiempo de correlación pequeño se considera resuelto, si bien aún puede quedar la tarea de establecer en cada caso los modelos apropiados y relacionar los resultados con las magnitudes experimentales.<br/><br/>En el caso de ruidos con grandes tiempos de correlación la fundamentación teórica no se encuentra totalmente desarrollada, y falta todavía el establecimiento de métodos sistemáticos de cálculo. En este estado de cosas, las leyes obtenidas mediante razonamientos físicos cobran un especial valor, puesto que proporcionan resultados numéricos fuera del rango de parámetros accesibles por las técnicas usuales, y dan una interpretación de la física involucrada en el proceso estudiado., <I>An analysis of the effects of the noise on the time scale of very general physical processes is carried out in the context of the Mean First Passage Time [MFPT] techniques. Special attention is devoted to the correlation time of the noise, and to the highly coloured noise regime. The three processes studied are: the pass through a potential barrier in a bistable system, the relaxation near of marginality, and a model with multiplicative noise from a chemical system,<br/><br/>For the bistable system under the effect of coloured noise, a precise digital simulation is carried out. The results are interpreted and compared with presently available theories, which are revisited following a new insight. Discrepancies that have been discussed in the literature are understood within our framework. The Fluctuating Potential Theory is extended to large but finite correlation time of the noise, and a scaling law is obtained for the corresponding MFPT.<br/><br/>For the process of pass through a marginal state, the first correction to the white noise result of the MFPT is obtained by using cuasimarkovian approximations. A new theory which allows the extension of these results to large values of the correlation time of the noise is developed, obtaining a universality law. The results are valid for a wide range of systems.<br/><br/>Finally, the MFPT framework is used to analyze the irreproducibility of the observed reaction times in the chloriteiodide dock reaction. Analytical and simulation results are obtained for the first moments of the reaction time distribution. These results are compared with recent experimental data obtained by Nagipal and Epstein. </i>

Proyecto:

Nonmesonic weak decay of Hypemuclei, The

  • Parreño Garcia, Assumpta
In single A hypernuclei, a A hyperon can occupy any orbital in the hypernucleus since it is free from the Pauli exclusion principle due to its additional quantum number strangeness. <br/><br/>Due to the Pauli blocking effect, which suppresses the mesonic decay mode A ->N(pi) in the nuclear medium, hypernuclei larger than (5/A)He decay mainly through the nonmesonic channel, AN-> NN, where the A mass excess of 176 MeV is converted into kinetic energy of a final state of nucleons emerging above the Fermi see. This nonmesonic decay mode is assumed to proceed via the exchange of virtual mesons, and the large momentum transfer involved in the reaction leads to a mechanism that is sensitive to the short-distance behaviour of the amplitude and thus raises the possibility that the exchange of mesons heavier than the pion may play an important role. The fairly large momentum transfer also raises the hope that this reaction turns out to be insensitive to nuclear structure details and thus creates a suitable channel to investigate the weak decay mechanism.

Proyecto:

Buscador avanzado