Biblioteca Digital | FCEN-UBA

Biblioteca Digital ¿Por qué?
Objetivos
Impactos
Estadísticas
Documentos
Presentaciones
Notas
Autores y derechos
¿Por qué depositar?
¿Cómo depositar?
Autorización
Depositar y publicar
Editoriales
Publicar mi tesis Formulario Tesis Posgrado
Formulario Tesis Grado
Normativa
Res. CD 2053/05
Res. CD 2533/09
Res. CD 0272/13
Res. CD 2793/15

Colecciones Tesis Doctorales
Fotografías
Publicaciones
Archivo
Libros
Reportes Técnicos

Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Física Cuántica [ 36 tesis ]

Varsavsky, Oscar Alberto. "Sobre los fundamentos de la estadística cuántica" (1949) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
El Objetivo general de éste trabajo es reformular la fundamentación estadística de la mecánica cuántica tomando como elementos las "propiedades físicas" en lugar de las magnitudes en general. Procuramos demostrar cuánto más sencillos de demostrar y directamente interpretables aparecen muchos resultados de la mayor importancia, sin que se pierda generalidad. Por supuesto tomamos como punto de referencia el formidable libro de J. von Neumann: "Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik", tan lleno de ideas aún no suficientemente explotadas y que es el cimiento obligado de cuanto edificio teórico se ha pretendido levantar en la Mecánica Cuántica. Además de la reformulación antes mencionada, hemos conseguido varios resultados particulares nuevos; entre otros la demostración de que el método Koopman (7) de tratar sistemas dinámicos puede aplicarse a la estadística cuántica, y por lo tanto valen también para ella ciertas demostraciones del teorema ergódico. Hacemos también una verificación del mismo mediante la comparación de una sucesión real de mediciones con una "cadena de Markov" y damos la formulación cuántica del concepto de "transitividad métrica". Hemos también simplificado la demostración de algunos teoremas y en especial generalizado para espectros continuos el referente a la ley de distribución de Maxwell. Exponemos también, aunque sin detalles, dos ideas que nos parecen de gran importancia; la relación topológica entre espacios "complementarios" (coordenadas e impulsos por ejemplo), que aunque implícita en numerosos trabajos no hemos visto nunca enunciada claramente, y la distinción entre el tiempo del sistema y del observador, que permite recobrar la simetría relativista. Nueva es también la comparación entre la lógica propia de las proyecciones, la lógica usual y la de tres valores, y además el concepto de "conjunción estadística" que exponemos en un apéndice. Teníamos también intención de utilizar el concepto estadístico de función característica de una distribución, pero encontramos que ese tema ya había sido tratado, justamente en otro trabajo de tesis, por Arnous (1), en 1947. De todos modos hemos agregado un pequeño apéndice comentando su contenido. En cambio hemos renunciado a la inclusión de un resumen de la parte matemática, pues su volumen estaría fuera de proporción con el resto del trabajo y porque existen obras sumamente claras y apropiadas para referencia, como el capítulo correspondiente del libro de v. Neumann y otras obras que se citan en una bibliografía especial. Aunque por comodidad nuestras fórmulas se refieren concretamente al espacio de Hilbert de las funciones de la clase L² (cuadrado del módulo sumable), valen siempre, con obvias modificaciones, para otros espacios de uso común. Los teoremas que daremos por conocidos pueden encontrarse en su mayor parte en el Capítulo II del libro de v. Neumann, pero en general trataremos de dar referencias explícitas.

Ferraro, Rafael. "Vacíos cuánticos no convencionales" (1986) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
La ambigüedad de la cuantificación de un campo en un espacio-tiempo curvo arbitrario, se resuelve introduciendo una noción de vacío cuántico dependiente de los observadores. Para ello se establece que el papel de un sistema de referencia en Relatividad General, consiste en determinar qué es el espacio y qué es el tiempo, nociones éstas que resultan dependientes de los observadores. Como los detectores de campo son sensibles a la diferencia entre espacio y tiempo, resulta natural que el vacío cuántico depende de los observadores. Para saber qué vacío corresponde a cada sistema de observadores, se define un Hamiltoniano invariante frente a cambio de coordenadas pero dependiente de los observadores. La base de soluciones de la ecuación de campo, que un dado sistema de observadores debe utilizar para cuantificar el campo, es aquella que diagonaliza el Hamiltoniano y minimiza la energía del vacío, criterios éstos que resultan ser equivalentes, los datos de Cauchy que la determinan son calculados cuando el tiempo se separa en la ecuación de campo. Esta prescripción para definir el vacío es de aplicación general, y contiene diferentes casos particulares en donde la noción de vacío estaba bien establecida. Por otra parte, se demuestra la invariancia conforme del Hamiltoniano definido. Se estudia también, mediante cálculo numérico, la evolución de un sistema de espejos solicitados por la fuerza ejercida por un campo cuantificado escalar sin masa, en un espacio-tiempo plano. El sistema presenta fuertes analogias con un modelo cosmológico semiclásico. La fuerza de un campo sobre una supeficie mávil es determinada mediante un principio variacional. Se encuentra que los espejos evolucionan hacia un estado final de velocidad constante, siempre que el sistema posea energía suficiente. Se calcula la energía de Casimir (dependiente de la velocidad de los espejos) percibida por observadores geodésicos en la etapa final de la evolución, y se estudian las razones por las cuales el espectro de particulas creadas por un espejo móvil podría ser no térmico.

Elvira, Víctor Daniel. "Medición de la sección eficaz diferencial inclusiva de jets en colisiones pp a raíz cuadrada de s = 1.8 TeV con el detector DO" (1995) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

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

pdf

Registro Cita

Lombardo, Fernando César. "Transición cuántico-clásica en teoría de campos" (1998) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta Tesis estudiamos el proceso de transición cuántico-clásica en teoría de campos. Extendiendo el formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon, estudiamos el proceso de pérdida de coherencia para campos autointeractuantes en espacios planos y para modelos de gravedad cuántica. En primer lugar, después de destacar los principales resultados para una partícula Browniana cuántica acoplada a un entorno de osciladores armónicos, consideramos una teoría de campos con autointeracción en el espacio de Minkowski. Calculamos una acción efectiva de granulado grueso integrando los modos del campos cuyas longitudes de onda sean menores que cierta longitud crítica. A partir de esta acción efectiva obtenemos la ecuación de evolución para la matriz densidad reducida. Calculamos los coeficientes de difusión de esta ecuación y analizamos el proceso de pérdida de coherencia para las longitudes de onda mayores que la crítica. Luego, con el objeto de analizar la formación de estructuras en modelos inflacionarios, generalizamos los resultados a campos acoplados conformemente a la métrica de de Sitter. Mostramos que la pérdida de coherencia es efectiva si la longitud de onda crítica es mayor que el radio de Hubble. Por otro lado, estudiamos el límite clásico en modelos de gravedad escalar-tensorial en dos dimensiones. Analizamos diferentes acoplamientos entre el campo dilatónico y el campo de materia. Discutimos el proceso de radiación de Hawking en los distintos modelos. A partir de un cálculo exacto de la funcional de influencia, estudiamos las condiciones bajo las cuales es posible que la pérdida de coherencia sea efectiva en métricas cosmológicas para asegurar la validez de la aproximación semiclásica. Finalmente estudiamos modelos en cuatro dimensiones donde campos masivos se acoplan a la geometria del espacio-tiempo de manera arbitraria. Calculamos las ecuaciones de Einstein-Langevin para estudiar el efecto de las fluctuaciones cuánticas inducidas por los campos de materia sobre la geometría clásica.

Abstract:
In this Thesis we study the quatum to classical transition process in the context of quantum field theory. Extending the influence functional formalism of Feynman and Vernon, we study the decoherence process for self-interacting quantum fields in flat space. We also use this formalism for arbitrary geometries to analyze the quantum to classical transition in quantum gravity. After summarizing the main results known for the quantum Brownian motion, we consider a self-interacting field theory in Minkowski spacetime. We compute a coarse grained effective action by integrating out the field modes with wavelength shorter than a critical value. From this effective action we obtain the evolution equation for the reduced density matrix (master equation). We compute the difflusion coefficients for this equation and analyze the decoherence induced on the long- wavelength modes. We generalize the results to the case of a conformally coupled scalar field in de Sitter spacetime. We show that the decoherence is effective as long as the critical wavelength is taken to be not shorter than the Hubble radius. On the other hand, we study the classical limit for scalar-tensorial models in two dimensions. We consider different couplings between the dilaton and the scalar field. We discuss the Hawking radiation process and, from an exact evaluation of the influence functional, we study the conditions by which decoherence ensures the validity of the semiclassical approximation in cosmological metrics. Finally we consider four dimensional models with massive scalar fields, arbitrary coupled to the geometry. We compute the Einstein-Langevin equations in order to study the effect of the fluctuations induced by the quantum fields on the classical geometry

Núnez, Carlos. "Bosonización en más de dos dimensiones" (1998) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Kruczenski Gainza, Luis Martín. "Aspectos cuánticos de los solitones en teorías de campos" (1998) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En la presente tesis estudiamos dos métodos de cuantificación de solitones. En primer lugar utilizando el método de coordenadas colectivas se calculó la corrección a dos loops a los niveles vibracionales de un modelo que engloba distintas teorías que poseen solitones. Este modelo describe una partícula moviéndose en una variedad de Riemann en presencia de un potencial. Los resultados se especializaron para el caso del kink en 1 + l dimensiones y el modelo O(3) en 2 + l dimensiones. Los cáculos se realizaron introduciendo un sistema de coordenadas geodésico en la variedad. Las bandas colectivas asociadas a los niveles vibracionales se describen en términos de las cuantificaciones no equivalentes asociada a espacios cociente G/H, donde G es el grupo de simetría de la acción y H el de la solución solitónica. En segundo lugar se aplicó el método de funciones de Green al caso del skyrmión. Si bien las funciones de Green ya habían sido definidas, en la tesis mostramos como la introducción de condiciones de contorno alrededor de las singularidades permite descibir correctamente los grados de libertad internos del solitón (spin e isospin) asi como su carácter fermiónico. Un análisis del propagador demuestra que es el correcto para describir, en forma covariante, lu partículas que representa el skyrmión. Esto es un conjunto de partículas con spin igual al isospín.

Abstract:
In this thesis two different methods of soliton quantization are studied. Using the collective coordinates approach the two-loops correction to the vibracional states is obtained for a model which comprises several theories with solitons. The model describes a particle moving on a Riemann surface under the action of an external potential. The results are applied to the φ^4 kik in 1 + 1 dimensions and to the 0(3) model in 2 + l dimensions. To perform the calculation we use a geodesic coordinate system. The collective bands associated with each vibrational state are described in terms of inequivalent coset space quantizations. The coset space is given by G/H where G is the symmetry group of the action and H C G the symmetry group of the soliton. In the second part of the thesis the method of Green functions is applied to the Skyrme model. Although Green functions for the skyrmion have already been defined, we show that using certain boundary conditions around the singularities, the correct internal degrees of freedom (spin and isospin) appear and the Green functions describe fermions. A careful analysis of the propagator shows that it describes, in a manifestly covariant way, the particles which the skyrmion is known to represent. That is a tower os spin equal to isospin particles.

Ferrari, Valeria Paola. "Transporte en anillos mesoscópicos con un punto cuántico : del régimen de bloqueo de Coulomb al efecto Kondo" (1999) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
El sistema estudiado en esta Tesis consiste en un punto cuántico insertado en un anillo mesoscópico que se encuentra atravesado por un flujo magnético. Nuestro objetivo es presentar una descripción completa para este dispositivo y predecir la física de un posible experimento con estas características. Para estudiar este sistema, hemos propuesto un modelo que tiene en cuenta las condiciones experimentales en que se trabaja usualmente en la física de los puntos cuánticos y los sistemas mesoscópicos. En él hemos incluído correlaciones entre electrones, debido a que en los puntos cuánticos éstas son importantes. Para resolver el modelo, hemos desarrollado una metodología que nos permite encontrar las funciones de Green del sistema mediante aproximaciones adecuadas. Este sistema presenta corrientes persistentes como función de un potencial de puerta aplicado en el punto cuántico. Hemos calculado dichas corrientes así como también la carga en el punto. Se ha estudiado la influencia tanto de las interacciones entre electrones como de la hibridización del anillo con el punto. Hemos encontrado varios regímenes de comportamiento que describen diferentes fenómenos físicos involucrados. Estos regímenes abarcan desde el fenómeno de Bloqueo de Coulomb (en el límite de interacciones fuertes) a un régimen prácticamente no interactuante. Entre ambos límites, hemos encontrado un régimen en el cual se manifiesta el efecto Kondo. En el régimen en el que el Bloqueo de Coulomb y el efecto Kondo coexisten, la corriente escalea con la longitud del anillo (L) como 1/L^{1/2} en contraposición al escaleo usual en un anillo mesoscópico perfecto que es 1/L

Abstract:
The system studied in this Thesis consists of a quantum dot inserted in a mesoscopic ring threaded by a magnetic flux. Our aim is to present a complete description for this device and to predict the physics of a potential experiment with these features. In order to study this system, we have proposed a model that takes into account the experimental conditions that are usual in experiments with quantum dots and mesoscopic systems. In the model we have included the electron-electron interaction because it is relevant in quantum dots. To solve it, we develop a methodology to find the Green'’s functions of the system by means of proper approximations. This system presents persistent currents as a function of a gate potential applied to the quantum dot. We have calculated the persistent currents and the charge inside the dot. We have studied the influence of both the interaction between electrons and the hybridization of the ring with the quantum dot. We have found several regimes that describe different physical phenomena involved in the system. These regimes range from the phenomenon of Coulomb Blockade (in the high correlation limit) to a quasi non-interacting regime. Between these two limits we have found an intermediate regime where the Kondo effect shows up. In the regime where both the Coulomb Blockade and Kondo effect coexist, the current scales with the length of the ring (L) as 1/L^{1/2} in contrast to the normal scaling of an ideal mesoscopic ring that is 1/L.

Kandus, Alejandra. "Origen y evolución de campos magnéticos asociados a las grandes estructuras cosmológicas" (2001) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tésis presentamos un nuevo mecanismo de inducción de campo magnético primordial, con el objetivo de poder explicar la presencia y características de los campos magnéticos que se observan en galaxias y cúmulos de galaxias. Asumiendo que durante la etapa inflacionaria del universo existe un campo de materia cargado, el estado cuántico del campo cambia al producirse la transición de esa etapa a la siguiente, debido al cambio en la geometría del universo, dando lugar a la aparición de corrientes eléctricas estocásticas. Como el valor medio de las corrientes es cero, también lo serán los valores medios de los campos por ellas inducidos. Sin embargo fluctuaciones cuánticas y estadísticas respecto del valor medio de la corriente construyen varianzas no nulas. Esas varianzas son entonces fuente de campo electromagnético, que también se manifiesta a través de desviaciones respecto de la media. Calculamos el núcleo de ruido debido a las partículas creadas y lo usamos como fuente de las ecuaciones de Maxwell para la correspondiente función de dos puntos del campo magnético. Calculamos la intensidad inducida a escala galáctica, teniendo en cuenta de manera fenomenológica la conductividad finita del plasma en el cual se propaga el campo magnético. Para el caso de transición instantánea de inflación a radiación la intensidad resultante es muy pequeña. Para el caso en que la transición no sea instantánea, o sea el recalentamiento del universo tenga una cierta duración, el campo inducido podría tener intensidad suficiente como para explicar el campo galáctico. Además en este caso es posible enmarcar el mecanismo en el modelo supersimétrico de la física de partículas, ya que en él hay un campo de materia con las propiedades que requiere nuestro mecanismo, y además estos modelos predicen una baja tempertura de recalentamiento, lo que implicaría una menor disipación del campo inducido. Para estudiar el efecto de la conductividad de las propias fuentes de campo magnético sobre la intensidad final inducida, planteamos ecuaciones consistentes para la evolución del sistema de cargas y campo electromagnético durante las etapas tempranas del recalentamiento, utilizando técnicas apropiadas para estudiar sistemas de campos cuánticos fuera del equilibrio. Encontramos que las cargas creadas se comportan como un medio superconductor y por lo tanto el campo inducido es apantallado. En virtud de los resultados obtenidos, discutimos la validez del mecanismo estudiado.

Abstract:
In this thesis we present a new mechanism to induce primordial magnetic fields, aimed at explaining the existence and features of those fields in galaxies and clusters of galaxies. Asuming that during inflation there exists a charged matter field, the quantum state of the field changes when the transition from that epoch to the subsequent one occurs, due to the change in the geometry of the universe, giving rise to stochastic electric currents. As the mean value of the currents is zero, the same will happen to the mean values of the induced electromagnetic fields. However quantum and statistical fluctuations around the mean value of the current build non null variances. Those variances induce fields, which also manifest throught their rms deviations around the mean. We evaluated the noise kernel due to the created charges and used it as source in the Maxwell equations for the corresponding electromagnetic two point function. We estimated the induced intensity on a galactic scale, taking into account in a phenomenological way the finit electric conductivity of the primordial plasma through which the field propagates. For the case of instantaneous reheating of the universe the resulting intensity is too weak to account for the observed fields in galaxies. But if the reheating epoch has a certain duration, the induced fields are strong enough to seed further amplifying mechanisms that gave rise to the galactic fields. Besides, in this case we can frame the proposed mechanism in the supersymmetric version of the standard model of particle physics. It provides a candidate matter field with the required properties for our mechanism and also allows a low reheating temperature which in our case implies that the induced field will be less dissipated. To study the effect of the own sources of the magnetic field on its final intensity, we derived consistent equations to study the system of charges and field during the first stages of reheating. This derivation was done using specific techniques to study quantum fields out of equilibrium. We found that the created charges behave as a superconducting medium and hence screen the induced field. In view of all the results obtained, we discuss the usefulness of the proposed mechanism to acount for the observations.

Berlín, Guido. "Efectos cuánticos en la interacción entre átomos con radiación en cavidades" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
La idea central de la presente tesis es poner de manifesto efectos cuánticos que aparecen en la interacción entre átomos de pocos niveles con radiación electromagnética y entre modos de radiación entre sí considerando la radiación cuantificada. Se trataron diferentes sistemas de interés en el ámbito de la elcctrodinámica cuántica de cavidades, utilizando técnicas como la de hallar los operadores relevantes en el marco de la teoría de álgebras dinámicas y también utilizando ecuación maestra para la evolución del operador densidad. Se estudió el problema de un átomo de dos niveles interactuando con dos modos de radiación en presencia de un medio no lineal. Para este sistema se encontró que la presencia del medio no lineal inhibe los efectos típicos de estos sistemas como ser los colapsos y resurrecciones de la inversión de población, y también el antiagrupamiento. También se estudió un hamiltoniano de Jaynes-Cummings generalizado que no toma en cuenta la aproximación de onda rotante y además en presencia de un campo externo. Se pudo encontrar un conjunto de operadores adecuado para estudiar este sistema que permite evaluar la evolución temporal del valor medio de cualquier cantidad de relevancia. En la presente tesis se hace una propuesta para poder utilizar un divisor dc haz como discriminador de entrelazamiento entre dos modos del campo electromagnético; además en algunos casos podemos identificar diferentes elementos de la base de Bell. También en este trabajo se hace un estudio de factibilidad de una propuesta para generar en forma condicional estados de Fock en una cavidad. Para ello se relajan aproximaciones y se tienen en cuenta las pérdidas dentro de la cavidad, encontrándose que el esquema es robusto antes condiciones reales, siendo entonces promisoria su realización experimental.

Abstract:
The main idea of this thesis is to expose quantum effects that appear on the interaction between few level atoms and electromagnetic radiation, and between radiation modes, considering that the electromagnetic field is quantized. Different problems of interest on the field of Cavity Quantum Electrodynamics were studied, using techniques such us finding the relevant operators in the scenario of dynamical algebras theory, and also the density matrix approach. We studied the problem of a two level atom interacting with two modes of radiation in the presence of a non-linear medium. We found that, for this particular system, the nonlinear medium inhibits the decay of the population of the excited level, and the antibunching effect on the radiation field. We also studied a generalized Jaynes-Cummings hamiltonian that does not take into account the Rotating Wave Approximation, and also in the presence of an external driving field. We found a set of relevant operators suitable for studying this problem, that allows us to solve the temporal evolution of the mean value of the mean value of any quantity of interest. In this thesis, a proposal is made for using a beam-splitter as a state and entanglement detector between two modes of the electromagnetic field. We also found that in some cases we can discriminate between different elements of the Bell basis. We also tackle the problem of the factibility of a proposal for conditionally generating Fock states of the radiation in a cavity. We modified a previously proposed model, account for cavity losses, take into account levels that were adiabatiacally eliminated, and concluded that the proposal is robust under experimental conditions.

Sorin, María Verónica. "Medición de la distribución del Thrust Transverso de dos jets en colisiones protón-antiprotón" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
Esta Tesis presenta la primera medición en un colisionador de hadrones de una variable de forma, el thrust transverso de dos jets Tt2,una variable relacionada con la distribución de jets en el plano transverso al de los haces colisionantes. Tt2 se calcula a partir de los dos jets más energéticos del evento, y toma valores entre Tt2 = 1, para el caso de dos jets en una misma dirección y sentidos opuestos, y Tt2 = √2/2 para dos jets de igual energía formando un ángulo de 90°. La medición se realizó con datos tomados en el Tevatron, el colisionador pṗ del Laboratorio Fermilab. La sección eficaz se presenta tanto en función de 1 — Tt2 como de log(1 — Tt2), que enfatiza la región de alta estadística cuando Tt2→1, para cuatro rangos de energía total del evento. Los resultados están en buen acuerdo con las predicciones de QCD perturbativo a orden O(α33), excepto a alto Tt2, donde se espera que la correcciones por resumación sean importantes, y por debajo de Tt2≈√3/2, donde la contribución de primer orden corresponde a diagramas O(α43). Los datos muestran asimismo un muy buen acuerdo con un recientemente publicado generador de tres jets a orden siguiente al dominante (NLO), que cubre todo el rango de la variable Tt2, excepto el caso extremo cuando Tt2=1. Palabras claves: Cromodinámica Cuántica, Algoritmo k┴ , Variables de forma

Abstract:
This dissertation presents the first measurement in a hadron collider of an event shape variable, the Dijet Transverse Thrust Tt2, which is sensitive to the spatial jet distribution on the plane perpendicular to the colliding pṗ beams. Tt2 is calculated with the two most energetic jets reconstructed with the k┴ algorithm, and it ranges from Tt2 = 1, for a pencil-like configuration, to Tt2 = √2/2/2, for two equal energy jets at 90°. The measurement is based on 87.3 pb(-1) of data collected with the DG detector at the Fermilab Tevatron pṗ Collider. The cross section is reported as a function of 1 — Tt2 and log(1 — Tt2), which enhances the high statistics Tt2→1 region, and presented for four separate event energy ranges. The measurement is in good agreement with a fixed-order O(α33) perturbative QCD prediction, except at high Tt2, where resummation corrections are expected to be important, and below Tt2≈√3/2, where the leading order diagrams contributíng to Tt2 are O(α43). The data also show a very good level of agreement with a recent Next-to-Leading pQCD three jet generator which covers the full Tt2 range, except for the Tt=1 point. Keywords: Quantum chromodynamics, k┴ algorithm, Event Shapes.

Cormick, M. Cecilia. "Decoherencia y simulaciones cuánticas: ambientes con dinámica propia" (2009) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Foieri, Federico. "Transporte cuántico en sistemas mesoscópicos con campos dependientes del tiempo y desorden" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tesis se estudian distintos aspectos del transporte electrónico en sistemas mesoscópicos desordenados y fuera del equilibrio. En estos sistemas las propiedades de transporte se ven afectadas por el tamaño de los mismos, su geometría particular y el tipo de contacto que ésta tenga con los reservorios de partículas (electrodos), número de impurezas, etc. En el capítulo 1 presentamos la definición precisa del concepto de sistema mesoscópico, las técnicas de fabricación y las magnitudes físicas relevantes al estudio de los mismos. También describimos cada una de las estructuras particulares estudiadas a lo largo de esta tesis. El método de cálculo utilizado se basa en el formalismo de Keldysh de funciones de Green fuera del equilibrio y es desarrollado en el capítulo 2. En el capítulo 3 estudiamos las propiedades de transporte electrónico en sistemas estrictamente unidimensionales y cuasi-unidimensionales con impurezas en el régimen de respuesta lineal a temperatura (T ) y voltaje (V ) finitos. En particular estudiamos las distribuciones de conductancia de cables cuánticos unidimensionales cuando éstos son conectados a dos reservorios en los que se establece una diferencia de potencial. Presentamos distintas alternativas para aproximar dichas distribuciones dependiendo del rango de V y T . A bajas T y V presentamos un modelo de tunneling resonante mientras que para T y V altos se presenta un método estadístico basado en convolu- cionar la distribución de T nula y V infinitesimal un número finito de veces. Estos métodos luego son aplicados aún en casos en los que los contactos entre el cable y los reservorios son imperfectos y para sistemas con varios canales de conducción. En el capítulo 4 se estudia el transporte electrónico en anillos mesoscópicos en presencia de flujos magnéticos variables en el tiempo y acoplados a un reservorio, analizando la influencia del desorden sobre las corrientes inducidas a través del mismo. Entre los resultados más relevantes hemos encontrado que los valores de conductancia pueden ser mayores que el cuanto de conductancia siendo estos sistemas estrictamente unidimensionales. Por otro lado, hemos determinado una longitud de localización efectiva, a partir de la cual ambos sistemas (tanto el anillo como el cable 1D) son equivalentes, es decir, poseen la misma distribución de conductancias (caracterizadas en capítulo 3). Por último, en el capítulo 5 estudiamos sistemas mesoscópicos en presencia de campos oscilantes en el tiempo, donde el transporte se genera mediante la aplicación de bombeos cuánticos (quantum pumps), que permiten inyectar partículas en forma variable con el tiempo en algún punto del sistema. Hemos estudiado la impedancia a cuatro terminales del sistema y las diferentes formas en las que se pueden caracteri- zar los efectos resistivos de un sistema mesoscópico. Esto se realizó incorporando una punta de voltaje débilmente acoplada al sistema que actúa como voltímetro. Además, se han obtenido expresiones analíticas para la resistencia a cuatro terminales uti- lizando teoría de perturbaciones, y también mostramos que esta resistencia puede ser considerada una característica universal del sistema, es decir, es independiente de la forma en que se induce el transporte. En cada capítulo se brinda una introducción en la que procuramos enfatizar la motivación del trabajo y describimos la situación actual, ya sea teórica o experimen- tal, de dicho problema. Luego se introduce el modelo Hamiltoniano, se presentan los cálculos realizados y se discuten los mismos. Finalmente se exponen las conclusiones.

Abstract:
In this thesis we study different aspects of electronic transport in disordered mesoscopic systems out of equilibrium. In these systems, the transport properties depend strongly on the size and geometry of the structure, the coupling with additional sys- tems (particle reservoirs), impurities, etc. In chapter 1 we describe extensively the mesoscopic systems, describing the fab- rication methods and the physical quantities relevant to quantum transport. We also describe every structure studied along this thesis. To perform calculations we em- ployed the Keldysh non equilibrium Green functions formalism which is described in chapter 2. Each chapter is organized as follows: we first give a brief introduction in which the motivation of our work is emphasized and then we describe the theoretical and experimental situation that motivates each work. Then we introduce the physical model in order to present the calculations and discuss the results. Finally, we end each chapter listing the summary and conclusions. We start studying the properties of electronic transport in strictly one-dimensional systems, in the linear response regime, for clean and disordered systems. In chapter 3 we studied the conductance distributions of one-dimensional quantum wires when transport is induced by connecting the sample to two stationary reservoirs with dif- ferent chemical potentials. Depending on the bias voltage V and the temperature T , we present different methods to fit the conductance distributions of these systems. At low T and V we present a resonant tunneling model while for high T and V we present a statistical method which consists in convoluting the conductance distribu- tion for zero temperature and infinitesimal bias. This method is applied even when the contacts between the wire and the reservoirs are imperfect and for systems with more than one conduction channel. In chapter 4, we study electronic transport in mesoscopic disordered rings coupled to a reservoir and driven by a magnetic flux with a linear dependence on time. We have identified two regimes: (i) A localized regime, characterized by a dc conductance whose probability distribution is identical to the one exhibited by a 1D wire of the same length L and disorder strength placed in a two terminal Landauer setup and (ii) a multifloquet regime which exhibits large conductances that can be greater than the quantum of conductance, in spite of the fact that the ring contains a single electronic transmission channel. In chapter 5 we study mesoscopic systems where transport is generated applying quantum pumping. We introduce and study the concept of four point impedance of a mesoscopic system and the different ways to characterize the resistive effects in these systems. This is achieved by adding a voltage probe which act as a voltimeter which is weakly coupled to the system. Moreover, we obtained analytical expressions for the four point resistance using perturbation theory and we show that the four point resistance can be taken as a measure of the resistive properties of a sample, irrespectively, of the mechanism used to induce the transport.

Wagner, Federico. "Producción de hadrones y jets en colisiones de hadrones polarizados" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En el presente trabajo se aborda el estudio de la sección eficaz de producción de hadrones y jets en colisionadores hadrónicos. Los cálculos disponibles para estos observables corresponden a cómputos a orden fijo en teoría de perturbaciones y resultan ser, en muchos casos, poco satisfactorios. Con el objeto de obtener predicciones más precisas, se aplican las técnicas de resumación umbral a fin de incluir el aporte de la radiación de gluones soft o colineales al cálculo de orden fijo. En esta tesis consideraremos a los hadrones colisionantes con todos los posibles estados de polarización: no polarizados, polarizados longitudinalmente y, por último, polarizados transversalmente. El incluir el estado de polarización nos permitirá estudiar la estructura de spin de dichos hadrones. Existe actualmente una gran actividad experimental en busca de develar la estructura de spin que presentan los nucleones. En particular, la determinación de la distribución dependiente de spin de los gluones, ∆g, dentro del nucleón es uno de los desafíos mas importantes en el ́área. El colisionador relativista de iones pesados (RHIC), el primer colisionador de protones polarizados, presenta grandes posibilidades de determinar ∆g(x, Q^2 ) sobre un amplio rango de fracciones de momento x y escala Q. Las asimetrías de spin en colisiones pp a altas energía son particularmente sensibles a ∆g, y por lo tanto al contenido gluónico del spin del protón. Los procesos más relevantes para ese propósito son la producción de un hadrón con alto momento transverso pp → hX y la producción de jet pp → jetX. En esta tesis obtenemos las predicciones más precisas posibles para ambos procesos. Presentamos, además, resultados fenomenológicos teniendo en cuenta tanto las facilidades experimentales actuales (RHIC) como las que se espera contar en un futuro cercano (GSI-FAIR y J-PARC).

Abstract:
In this thesis we study the jet and hadron production cross sections in hadronic colliders. These observables are usually computed to fixed order in perturbation theory, approximation that turns out to be not very accurate in some kinematical regimes. In order to obtain more precise predictions, we apply the soft-gluon-treshold- resummation techniques. We consider the colliding hadrons with different states of polarization: unpolarized, longitudinally polarized and transverselly polarized. Through polarization we are able to study the spin structure of these hadrons. There is currently much experimental activity aiming at further unraveling the nucleon’s spin structure. One emphasis is on the determination of the spin-dependent gluon distribution, ∆g, of the nucleon, which ultimately would give the gluon spin contribution to the nucleon spin. Particularly good prospects for determining ∆g(x, Q^2 ) over a wide range of momentum fractions x and scales Q are offered at the Relativistic Heavy-Ion Collider (RHIC), which is the first polarized proton-proton collider. Spin asymmetries in high-energy pp scattering can be particularly sensitive to ∆g. The single-inclusive production of large transverse- momentum (pT ) hadrons, pp → hX and the single-inclusive jet production pp → jetX are good examples of that. We study in this thesis these processes and compute their spin asimetries with the most accurate prediction at present. We present our phenomenological results relevant for planned experiments at the GSI-FAIR, RHIC-PHENIX and J-PARC facilities.

Vanni, Leonardo. "Historias contextuales" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En la mecánica clásica y en la mecánica cuántica, mediante la noción habitual de traslación temporal, definimos una relación de equivalencia entre propiedades a distintos tiempos, de modo que propiedades temporalmente equivalentes queden reunidas en una unica clase de equivalencia. Estas clases forman nuevas propiedades, y como tales es posible definir entre ellas una relación de orden y las operaciones de conjunción disyunción y negación, lo cual permite organizarlas dentro de un retículo ortocomplementado, pero no necesariamente distributivo en el caso cuántico. Cuando la dinámica es tenida en cuenta, indagamos como este lenguaje de clases habilita una comparación de las descripciones clásicas y cuánticas. En el caso cuántico, la posibilidad de establecer clases de propiedades temporalmente equivalentes, conduce a definir el concepto de historia como una conjunción de clases de propiedades a distintos tiempos, la cual se traduce a la clase obtenida de la conjunción de las propiedades cuando estas son trasladadas a un tiempo común. No obstante, dada una particular evolución temporal, no todas las posibles conjunciones así construidas, permiten una descripción válida en términos de historias. Solo bajo determinada condición sobre las propiedades elegidas a distintos tiempos, las conjunciones entre ellas establecen historias, que como nuevas propiedades, forman los ́tomos de un retículo distributivo, es decir un conjunto de propiedades compatibles con las cuales es posible una descripción legítima que involucre al tiempo. Este retículo forma un contexto, un contexto de historias, o historias contextuales, y determina que es lo está permitido decir sobre propiedades elegidas, para la particular evolución temporal presente. Se analiza y compara este formalismo con el ya conocido de historias consistentes. El nuevo formalismo es aplicado para analizar el experimento de la doble rendija, el interfer ́metro de Mach-Zender, y el proceso de medición.

Abstract:
Both in classical and quantum mechanics, using the notion of time translation, we defined an equivalence relation between properties at different times, either in the classic or quantum case, such that time equivalent properties are included in an single class of equivalence. These classes form new properties, and as such it is possible to define an order relation among them and the operations of conjunction, disjunction and negation. These classes are organized in an orthocomplemented lattice, which is not necessarily distributive in the quantum case. We investigated if this language of classes allows a comparison of the classical and quantum descriptions, when dynamics is considered. In the quantum case, the possibility of establishing classes of temporarily equiv- alent properties, leads to define the concept of history as a conjunction of classes of properties at different times, which is the class of the conjunction of the properties when they are translated at the same common time. However, given a particular temporal evolution, not all the possible con- junctions obtained in this way, allow a valid description in terms of histories. Only under certain condition on the properties chosen at different times, the conjunctions among them establish histories, which like new properties, form atoms of a distributive and orthocomplemented lattice, that is to say, a set of compatible properties through which it is possible a legitimate description of the system at different times. This lattice forms a context, a context of histories, or contextual histories, and determines what is allowed to say about the chosen properties, for the particular temporal evolution generated by the Hamiltonian of the system. This formalism is analyzed and compared with the well known of consis- tent histories. The new formalism is also applied to analyse the double slit experiment, the Mach-Zender interferometer, and the measurement process.

Holik, Federico Hernán. "Sistemas cuánticos compuestos: un enfoque algebraico" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Murgida, Gustavo Ezequiel. "Control cuántico coherente mediante transiciones de Landau-Zener" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En este trabajo proponemos un método para controlar de una manera extremadamente simple el estado de un sistema cuántico. La estrategia de control está basada en el modelo de Landau-Zener y consiste esencialmente en emplear los cruces evitados para alcanzar diferentes niveles de energía y en recorrer lentamente las curvas adiabáticas del espectro,hasta arribar al estado deseado. La simpleza del método proviene de suponer que el sistema se comporta localmente, cerca de cada anticruce, como un sistema de dos niveles de Landau-Zener. Sin embargo, mediante simulaciones numéricas en diferentes sistemas realistas comprobamos que nuestra estrategia de control posee una eficiencia sorprendente. Las primeras aplicaciones numéricas fueron realizadas en un sistema de dos puntos cuánticos acoplados con dos electrones intearactuantes en su interior. Empleando un campo eléctrico externo como parámetro de control y partiendo del estado fundamental a campo E /0, logramos localizar ambos electrones en un mismo punto cuántico, construir estados entrelazados, recorrer en forma eficiente caminos complejos en el espectro para conectar niveles de energía lejanos y construir superposiciones coherentes de varios autoestados. El método tambié fue aplicado en otro sistema muy diferente al anterior, la molécula de LiCN. Nuevamente pudimos controlar exitosamente el estado del sistema y además encontramos una solución al problema de isomerizar la molécula. Para ello también empleamos como parámetro de control un campo eléctrico externo. De esta manera mostramos que nuestro método puede ser aplicado eficientemente en diferentes sistemas complejos y creemos que posee un importante potencial en el campo del control coherente.

Abstract:
In this work we propose a method to control the state of a quantum system in a extremely simple way. The control strategy is based on the Landau-Zener model and consist essentially in using the avoided crossings to reach different energy levels and walking slo- wly the adiabatic curves of the spectrum, in order to reach the target state. The simplicity of the method came from the hypothesis that the system evolves locally, near each avoided crossing, as a two levels Landau-Zener system. However, through numerical simulations in different systems we prove that our control strategy has a surprising efficiency. The first numerical applications were realized on a double quantum with two inter- acting electrons inside. Using an external electric field as control parameter and starting from the ground state at field E / 0, we were able to localize both electrons in the same dot, to construct entangled states, to connect distant energy levels by following complex paths on the spectrum in a efficient way, and to construct coherent superposition of several eigenstates. The method was also applied to a very different system, the LiCN molecule. Again we were able to control successfully the state of the system, and moreover we found a solution for the problem of isomerizing the molecule. Also in this case we used an electric field as control parameter. In this way we have shown that our method can be successfully applied to different complex systems, and we believe that it has a great potential in the field of coherent control

Scarpettini, Alberto F.. "Imagen y espectroscopía de alta resolución utilizando sondas plasmónicas" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Schmiegelow, Christian Tomás. "Experimentos fotónicos de tomografía selectiva y eficiente de procesos cuánticos" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
Esta tesis presenta la primer demostración experimental de un nuevo método para caracterizar la evolución de sistemas cuanticos de un modo eficiente y selectivo. Es el resultado de una colaboración entre teóricos y experimentales en la busqueda de métodos que permitan caracterizar, controlar y entender el comportamiento de sistemas cuanticos con el objetivo de poder realizar tareas de información cuantica. Esta dividida en dos partes. En la primer parte se desarrollan las bases experimentales y describe el armado del laboratorio. Las técnicas experimentales utilizadas y las ideas fundamentales relacionadas con el uso de fotones como objetos capaces de procesar información cuantica son descriptas. La segunda parte primero revee distintos métodos de tomografía de procesos cuanticos con especial enfasis en el método que implementamos experimentalmente por primera vez: tomografía de procesos cuanticos selectiva y eficiente. Finalmente, se describe la impementación experimental de este nuevo método en sistemas de uno y dos qubits. Las diferentes evoluciones estudiadas presentan clara evidencia de su perfomance robusta en la determinación de propiedades de un sistema de un modo eficiente y selectivo.

Abstract:
This thesis presents the first experimental demonstration of a new method to characterize the evolution of quantum systems in an efficient and selective manner. It is the result of the joint collaboration between theoreticians and experimentalists in a quest to characterize, control and understand the behaviour of quantum systems in order to perform quantum information tasks. It is divided into two parts. The first part covers the experimental foundations and set up of the labo ratory. Experimental techniques used and the basic ideas regarding using single photons as quantum information processing devices are detailed. The second part first reviews different methods for quantum process tomography with special emphasis in the method we experimentally implement for the first time: selective efficient quantum process tomography. Finally, the experimental implementation of this new method on one and two qubit systems is presented. Different evolutions are studied presenting clear evidence of its robust performance in determining in their properties in an efficient and selective manner.

Bendersky, Ariel Martín. "Nuevos algoritmos cuánticos para tomografía de procesos y estados" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Fortin, Sebastián Ezequiel. "Un estudio general del proceso de decoherencia cuántica" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En el presente trabajo se aborda un estudio general de la decoherencia cuántica, entendiendo por general que no se centra en el análisis de un modelo particular. El estudio de la decoherencia ha adquirido, recientemente, una gran importancia en la computación cuántica, donde el fenómeno de la decoherencia representa un gran obstáculo para implementación de hardware para procesamiento de la información. Por otro lado, la decoherencia juega un papel esencial en el límite clásico y en la emergencia del comportamiento clásico en sistemas cuánticos. Por este motivo la comprensión del fenómeno de la decoherencia y el desarrollo de formalismos matemáticos para estudiarla son esenciales. De acuerdo con los trabajos de Zurek et al., la decoherencia es un proceso que resulta de la interacción entre un sistema cuántico abierto y su ambiente (EID). Este proceso determina cuál es la base privilegiada, que define los observables que adquieren características clásicas y pueden interpretarse como propiedades que obedecen a la lógica booleana. Recientemente Castagnino et al señalaron la conveniencia de tomar en cuenta tres aspectos de la teoría: (i) la posibilidad de estudiar la decoherencia de sistemas cerrados (sin ambiente), (ii) el criterio para determinar cuál es el subsistema que decohere, y (iii) el cálculo de la base privilegiada móvil. Por otro lado, en la bibliografía se encuentran otros enfoques para describir tanto la decoherencia como la relajación de los sistemas cuánticos. Tal es el caso de los trabajos de Castagnino et al., según el cual la relajación es un proceso que resulta de la elección de los observables que tienen relevancia física en un sistema cerrado (SID), y que define los observables que adquieren características clásicas y pueden interpretarse como propiedades que obedecen a la lógica booleana. La existencia de ambos enfoques aporta puntos de vista distintos acerca de los fenómenos físicos de la decoherencia y de la relajación. En esta tesis se presenta una perspectiva basada en valores medios, que cambia el foco de interés del operador de estado a los valores medios. Dicha perspectiva da lugar a un esquema general que unifica los enfoques anteriores de decoherencia y relajación, sobre el cual se espera seguir trabajando para la incorporación de otros enfoques. Esta perspectiva, además, permite reconsiderar los tres aspectos señalados anteriormente: (i) incorpora el estudio de sistemas sin ambiente, (ii) explicita el carácter relativo de la decoherencia respecto de la elección de los observables relevantes y permite definir al "mundo" clásico emergente como un conjunto de observables, y (iii) provee caracterizaciones alternativas del tiempo de decoherencia y de la base privilegiada móvil. Por otro lado, se presentan aportes de naturaleza técnica sobre aspectos de la decoherencia, en particular se propone una técnica que permite calcular los tiempos de decoherencia y relajación a partir de la extensión analítica de funciones que dependen del Hamiltoniano.

Abstract:
The present work addresses a general study of quantum decoherence, where general is understood in the sense that it is not an analysis of a particular model. Recently the study of quantum decoherence has acquired a great importance in quantum computing, where the phenomenon of decoherence is a major obstacle to the implementation of hardware for information processing. On the other hand, decoherence plays an essential role in the classical limit of quantum mechanics and in the emergence of classical behavior in quantum systems. For this reason, the understanding of the phenomenon of decoherence and the development of mathematical formalisms to study it are essential. According to the work of Zurek et al., decoherence is a process resulting from the interaction between an open quantum system and its environment (EID). This process determines the privileged basis, which defines the observables that will behave classically, and that can be interpreted as properties obeying Boolean logic. Recently, Castagnino et al pointed out the convenience of taking into account three aspects of the theory: (i) the possibility of studying decoherence in closed systems (no environment), (ii) the criterion to determine the subsystem that decoheres, and (iii) the compotation of the moving preferred basis. On the other hand, in the literature there are other approaches to describe both the decoherence and the relaxation of quantum systems. For example, in the works of Castagnino et al., relaxation is a process resulting from the selection of the physically relevant observables in a closed system (SID), which defines the classical observables that can be interpreted as Boolean properties. The existence of both approaches provides di¤erent views about the physical phenomena of decoherence and relaxation. This thesis presents a perspective based on expectation values, which shifts the focus from state operators to mean values. This perspective leads to a general framework that unifies the previous approaches to decoherence and relaxation. Moreover, this perspective allows us to reconsider the three aspects mentioned above: (i) it adds the study of systems without environment, (ii) it makes explicit the relative nature of decoherence with respect to the selection of the relevant observables, and makes possible to define the emergent classic world as a set of observables, and (iii) supplies alternative characterizations of the decoherence time and the privileged basis. On the other hand, the thesis introduces technical contributions about certain aspects of decoherence; in particular, it provides a method that allows us to compute the decoherence and the relaxation times on the basis of the analytic extension of funcions depending on the Hamiltonian.

Caso, Alvaro. "Relaciones de fluctuación-disipación y temperaturas efectivas en transporte cuántico dependiente del tiempo" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En este trabajo de Tesis se estudian los conceptos de temperatura local y tempe- ratura efectiva en sistemas mesoscópicos fuera del equilibrio. Para definir y estudiar estos conceptos se se eligió como ámbito el estudio del transporte cuántico en sistemas mesoscópicos llevados fuera del equilibrio mediante la aplicación de potenciales externos que presentan una dependencia armónica en el tiempo. En el Capítulo 1 se introducen los sistemas mesoscópicos. Se describe el área de la física denominada transporte cuántico y se mencionan las magnitudes físicas relevantes, las escalas de longitud y energía características y se describen algunos de los métodos de fabricación de este tipo de dispositivos. Además se presenta el dispositivo que se estudiará en este trabajo. En el Capítulo 2 se introduce el formalismo utilizado para el tratamiento de un problema general de transporte cuántico. El mismo se basa en el denominado formalismo de Keldysh de funciones de Green de no-equilibrio. Se hace una formulación Hamiltoniana del problema general de transporte cuántico y se encuentran expresiones para las corrientes de carga y de calor. En el Capítulo 3 se presenta la definición de temperatura local (TlP ) mediante la inclusión de una punta de prueba que actúa como termómetro. Se encuentran expresiones analíticas para esta temperatura en el régimen en el que la frecuencia 0 de los potenciales externos es mucho más pequeña que la temperatura T de los reservorios ( Ω0 ≪ T). También se muestran expresiones explícitas para el caso opuesto (Ω 0 ≫ T). Se estudia su comportamiento a lo largo del sistema y su relación con el flujo de calor. Además se estudia la validez de la ley de Wiedemann-Franz, que relaciona la conductancia eléctrica con la térmica, para este sistema fuera del equilibrio. En el Capítulo 4 se estudia la posibilidad de definir una temperatura efectiva (Teff ) a través de una relación de fluctuación-disipación (RFD) local para funciones de Green de una partícula. Se encuentra una expresión analítica en el límite de bajas frecuencias (Ω 0 ≪ T) que coincide exactamente con la obtenida para la temperatura local. En el Capítulo 5 se estudia la posibilidad de definir otra temperatura efectiva (Teff∗) a través de una RFD para funciones de correlación corriente-corriente. Para ello, en primer lugar se calculan dichas funciones de correlación dentro del formalismo de Keldysh. Las expresiones obtenidas son comparadas con las correspondientes al formalismo de matriz de dispersión y se muestra analíticamente que coinciden. Una vez calculadas las funciones de correlación se estudia el comportamiento de la temperatura efectiva y se la compara con la temperatura local TlP . Se muestra que coinciden en el régimen de bajas frecuencias (Ω 0 ≪ T), en el cual además TlP coincide con la temperatura efectiva Teff definida a partir de una RFD para funciones de Green de una partícula. Es decir que en este régimen todas las definiciones estudiadas de temperatura coinciden. El Capítulo 6 está destinado a los últimos comentarios, discusión de los resultados y conclusiones. En los Apéndices A y B se encuentran los detalles de algunos de los cálculos realizados a lo largo de este trabajo.

Abstract:
In this thesis we study the concepts of local temperature and effective temperature in mesoscopic systems out of equilibrium. We study these concepts within the framework of quantum transport in mesoscopic systems driven out of equilibrium by harmonically time-dependent external potentials. In Chapter 1 we present the definition of mesoscopic system and we describe the area of physics called quantum transport. We establish the relevant physical quantities, length and energy scales and describe some of the fabrication methods for these devices. In addition we present the device which will be studied in this work. In Chapter 2 we introduce the formalism employed to study the problem of quantum transport. It is based in the Keldysh non-equilibrium Green’s function formalism. We establish the Hamiltonian formulation of the general problem of quantum transport and we find expressions for charge and heat currents. In Chapter 3 we introduce the definition of local temperature (TlP ) via the inclusion of a probe that acts as a thermometer. We find analytical expressions for this temperature in the regime where the frequency 0 of the external potentials is much lower than the temperature T of the reservoirs (Ω 0 ≪ T). We also give explicit expressions for the opposite case (Ω 0 ≫ T). We study its behavior along the system and its relation to the heat current. In addition we study the validity of the Wiedemann-Franz law, which relates charge and heat conductances, for this system out of equilibrium. In Chapter 4 we study the possibility of defining an effective temperature (Teff ) through a local fluctuation-dissipation relation (FDR) for one-particle Green’s functions. We find an analytic expression in the low frequency limit (Ω 0 ≪ T) which is exactly the same found for the local temperature. In Chapter 5 we study the possibility of defining another effective temperature (Teff∗) by means of a FDR for current-current correlation functions. To do this, first we calculate those correlation functions within the Keldysh formalism. The expressions are compared with the ones obtained within the scattering matrix approach and we show analytically that both coincide. We study the behavior of this effective temperature and compare it to the local temperature TlP . We show that both coincide in the low frequency regime ( Ω0 ≪ T), in which in addition TlP coincides with the effective temperature Teff defined from a FDR for one-particle Green’s functions. This means that in this regime all the proposed definitions of temperature coincide. Chapter 6 is devoted to final remarks, discussion and conclutions. In the Appendices A and B we find details of some of the calculations done for this work.

Agüero, Mónica Beatriz. "Fotones en estados entrelazados : mediciones con resolución temporal" (2013-11-28) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta Tesis se realizaron experimentos originales dirigidos a responder preguntas pendientes en el área de la fundamentación de la mecánica cuántica. En particular, se presenta el primer estudio experimental de teorías realistas locales no ergódicas que aprovechan el coincidence-loophole y/o efectos de memoria. En los tests realizados se estudiaron los distintos mecanismos que permiten generar una coincidencia, en los que se sustentan estas teorías para reproducir, a través de mecanismos clásicos, las predicciones de la mecánica cuántica. Para la realización de estos tests se emplearon pares de fotones entrelazados en polarizaci ón generados por fluorescencia paramétrica y se registraron los tiempos de detección de cada fotón (time-stamping). Es importante destacar que en todos los tests las coincidencias se determinaron una vez finalizado el experimento, variando a voluntad la ventana de coincidencias. En la primera parte de esta Tesis se armó una fuente continua de pares de fotones entrelazados en polarización y se refutó un modelo de realismo local simple que se sustenta en el coincidence-loophole. En la segunda parte se empleó una fuente pulsada de fotones correlacionados producidos en forma de pulsos de nanosegundos. Este es el primer experimento realizado con estas caracter ísticas en el ámbito internacional. Para la realización de este experimento se construyó un láser de estado totalmente sólido de Nd:YVO4 triplicado en frecuencia con un diseño original que emite pulsos con una duración de nanosegundos con una repetición de hasta 100 kHz. Empleando este láser se realizó, además, el primer estudio experimental de las coincidencias accidentales en el régimen pulsado usando la técnica de time-stamping. Para efectuar los diferentes tests también fue necesario registrar los tiempos de detección de todos los pulsos de bombeo, los que permiten establecer el intervalo de tiempo en el que se espera encontrar un par de fotones. Los resultados obtenidos en esta segunda etapa tampoco mostraron ninguna evidencia del coincidence-loophole o de efectos relacionados, refutando o, al menos, imponiendo nuevas y muy severas restricciones, a esta clase de teorías.

Abstract:
In this Thesis we present original experiments aimed to answer remaining open questions in the area of the foundations of quantum mechanics. In particular, we present the first experimental study of non-ergodic local theories which takes advantages of the coincidenceloophole and/or memory effects. In the tests we study the different (local realistic) ways the quantum mechanics predictions can be reproduced if the expected time of detection of each particle is fully unknown. For the realization of these tests, we use polarization-entangled pairs of photons generated by parametric fluorescence, and we record the time of the detection of each single photon (time-stamping). It is important to stress that in all the tests the number of coincidences are determined a long time after the experiment has ended, and that the size of the coincidence window can be varied at will. In the first part of this Thesis, we built a continuous source of polarization-entangled pairs of photons and refute a simple local realist model that exploits the coincidence loophole. In the second part, we built a pulsed source of correlated photons, by pumping the nonlinear crystals with a ns-pulse laser. This is the first measurement of the violation of the Bell’s inequalities performed with these characteristics (i.e., pulse separation much longer than the pulse duration) at the international level. For the realization of this experiment we built an all-solid-state Nd:YVO4 laser (third harmonic) of original design, providing 100-ns pulses with a repetition up to 100 kHz. With this laser we make, besides, the first experimental study of the accidental coincidences in the pulsed regime using the time-stamping technique. In the final tests, the times of detection of each single detected photon, as well as the times of arrival of each pumping pulse, are recorded. This allows defining the interval of time a “signal” photon (as opposed to “noise” photon) is expected to be detected. No evidence of the existence of the coincidence-loophole or related effects is found. This result refutes or, at least, imposes new and tighter restrictions to this class of theories.

Sborlini, Germán Fabricio Roberto. "Comportamiento singular de las amplitudes de scattering en el límite colineal" (2014-09-03) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
Actualmente los grandes aceleradores de partículas permiten obtener resultados experimentales muy certeros. Como máximo ejemplo tenemos el LHC, que recientemente descubrió una nueva partícula con propiedades compatibles con las correspondientes al bosón de Higgs. Para poder comprender mejor la naturaleza de dicha partícula, así como también otros fenómenos en el área de física de altas energías, se está realizando un gran esfuerzo para mejorar las mediciones experimentales. Es por ello que las predicciones teóricas deben tener una precisión acorde, de forma tal de poder realizar una comparación relevante entre los modelos disponibles y los datos experimentales. Trabajando desde la perspectiva teórica, la principal motivación de esta tesis fue el estudio de métodos que permitan efectuar cálculos precisos en el contexto de teoría de perturbaciones aplicada al modelo estándar. En particular, nos restringimos al análisis de los límites colineales de amplitudes de scattering en teorías de gauge a next-to-leading order (NLO). Los teoremas de factorización establecen que, en ciertas configuraciones cinemáticas generales, es posible caracterizar de forma universal el comportamiento divergente de las amplitudes de scattering en el límite colineal. Este comportamiento es regido por las llamadas splitting functions o splitting amplitudes, que son los objetos de estudio centrales en este trabajo. Cuando se consideran correcciones a órdenes superiores es necesario tener en cuenta las contribuciones que involucran estados virtuales o loops, las cuales se asocian a integrales de Feynman. Por lo tanto, en la primer parte del trabajo, se estudiaron estos objetos y se exploraron algunos métodos de cálculo. Tras comentar los procedimientos estándar, nos centramos en el estudio de las identidades de integración por partes (IBP, por sus siglas en inglés) y en el método de ecuaciones diferenciales. Esta técnica permite reescribir las integrales de Feynman en términos de ecuaciones diferenciales acopladas de primer orden. Bajo ciertas circunstancias, es sencillo determinar las condiciones de contorno y resolver el sistema, lo que nos provee de un poderosa herramienta para tratar este problema. Por otro lado, también se analizaron las integrales tensoriales y técnicas de reducción que permiten expresarlas utilizando únicamente integrales escalares. El próximo paso consistió en estudiar los límites colineales de amplitudes de scattering mediante el cálculo de las funciones de splitting a NLO. Debido a que hay ciertas singularidades al momento de considerar estos límites, es necesario complementar la teoría con un método de regularización. A su vez, la implementación concreta de un método de regularización permite definir un esquema de regularización. Usando regularización dimensional (DREG), empezamos analizando como se manifiesta la dependencia con el esquema elegido al momento de calcular las funciones de splitting en el límite doble colineal. Ello nos llevó a adentrarnos en las definiciones y convenciones de DREG, así como también a introducir partículas artificiales (esto es, los gluones escalares) para conectar los diversos esquemas usando argumentos físicos. Tras investigar el límite doble colineal, procedimos al cálculo de las funciones de splitting a NLO para el caso en el cual tres partículas se vuelven colineales. Se trata de resultados que son cruciales para llevar a cabo cálculos de secciones eficaces hadrónicas a órdenes superiores. De hecho, muchos métodos de cálculo y simuladores aprovechan las propiedades del límite colineal para dar resultados aproximados de observables de interés experimental. En concreto, en este trabajo nos limitaremos a presentar las funciones de splitting para procesos que involucren al menos la presencia de un fotón. Apelando a las técnicas de reducción tensorial estudiadas en la primer parte, se pudieron calcular los núcleos de Altarelli-Parisi polarizados, los cuales son esenciales para caracterizar el límite colineal cuando el estado intermedio es una partícula vectorial. Todos los resultados provistos en este trabajo revisten interés práctico en el contexto de la fenomenología de colisionadores hadrónicos, puesto que apuntan al fin último de mejorar la precisión de los cálculos teóricos. El conocimiento de las funciones de splitting colineal de orden superior es crucial para avanzar en la descripción de procesos multipartícula con niveles de precisión next-to-next-to-next-to-leading order (NNNLO) o incluso superior.

Abstract:
Singular behaviour of scattering amplitudes in the collinear limit Modern particle accelerators allow to obtain highly-accurate experimental results. As the summit example, we can consider the LHC, which recently allowed to discover a new particle whose properties are compatible with Higgs boson. In order to better understand the origin of this particle as well as many other phenomena in high-energy physics, a huge effort is being done to improve experimental measures. For this reason, theoretical predictions have to be done with a compatible accuracy level, since that is relevant to perform a comparison among available models and experimental data. Working from the theoretical point of view, the main motivation of this thesis is the study of methods to perform accurate computations in the context of perturbation theory applied to the standard model. In particular, we restrict ourselves to the analysis of the collinear limit of scattering amplitudes in gauge theories, up to next-to-leading order (NLO). The factorization theorems assert that, in some general kinematic configurations, it is possible to obtain a universal description of the divergent behaviour of scattering amplitudes in the collinear limit. This behaviour is controlled by the so-called splitting functions or splitting amplitudes, which are the main objects studied in this work. When higher-order corrections are considered, it is mandatory to take into account contributions that involve virtual states or loops, which are associated with Feynman integrals. So, in the first part of this work, this objects were studied and we explored some computational techniques. After describing standard procedures, we centered the discussion in the study of integration by parts identities (IBP) and the differential equations method. These techniques allow to rewrite Feynman integrals in terms of a coupled system of first-order differential equations. Under certain circumstances, it is easy to work out boundary conditions and to solve the system, which constitutes a powerful tool for treating this problem. On the other hand, we also studied tensor integrals and reduction techniques in order to express them using only scalar integrals. The following step was studying the collinear limit of scattering amplitudes through the computation of NLO splitting functions. Due to the existence of singularities when treating these limits, it is mandatory to complement the theory with a regularization method. Moreover, the particular implementation of a regularization technique defines a scheme. Using dimensional regularization (DREG), we started with the analysis of the scheme dependence in the computation of splitting functions in the double-collinear limit. This led us to deepen into the definitions and conventions of DREG, besides of introducing some artificial particles (i.e. scalar gluons) with the objetive of connecting different schemes through physical arguments. After investigating the double-collinear limit, we treated the computation of NLO corrections to splitting functions when three particles become collinear. These results are crucial to carry on the computation of hadronic cross sections at higher orders. In fact, many computational techniques and simulators take advantage of collinear factorization properties to obtain approximations of some experimentally relevant observables. In particular, in this work we limited ourselves to calculate splitting functions for processes involving at least one photon. Applying tensorial reduction techniques analyzed in the first part, we were able to calculate polarized Altarelli-Parisi kernels, which are essential to give a complete description of the collinear limit of processes with intermediate vector particles. All the results provided in this thesis have practical applications in the context of hadron colliders phenomenology, since they point to improve theoretical accuracy. The knowledge of higher-order splitting functions is crucial in order to move forward on the description of multiparticle processes at next-to-next-to-next-to-leading order (NNNLO) or even higher accuracy.

Ríos Rubiano, Carlos Alberto. "Interacción dinámica rápida de partículas y campos electromagnéticos con superficies metálicas" (2015-03-13) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tesis se expone la investigación desarrollada durante la realización del doctorado, la cual abarca el estudio de las superficies metálicas a través de su interacción tanto con fotones - campos electromagnéticos - como con partículas - átomos neutros. En lo referente a la interacción con campos electromagnéticos, la labor se centró en el estudio de las transiciones electrónicas desde la banda de valencia del metal producidas por la incidencia rasante de pulsos láser ultra-cortos, con duraciones del orden de los femto- o atto-segundos. Mientras que en el caso de la interacción con partículas, la investigación estuvo focalizada en la difracción de átomos rápidos, con energías del orden de los keV , por incidencia rasante sobre la superficie cristalina (GIFAD, por sus siglas en inglés). En ambos casos la finalidad del trabajo es estudiar la in uencia del potencial superficial, cuya precisa y detallada representación resulta crucial para la correcta descripción de recientes resultados experimentales en ambas líneas . En los primeros capítulos de la tesis se estudia la fotoemisión electrónica desde la banda de valencia de una superficie metálica debido a la incidencia rasante de pulsos láser ultra-cortos, poniendo especial énfasis en los efectos debidos a la estructura de bandas electrónica. Para ello se propone un método aproximado, dentro del marco de la formulación de onda distorsionada dependiente del tiempo, llamado aproximación Band-Structure-Based-Volkov (BSB-V). Dicho método incluye una representación realista del potencial superficial, dada por un modelo de pseudo-potencial unidimensional que tiene en cuenta efectos de la estructura de bandas del metal. La aproximación BSB-V propuesta se aplicó al cálculo de probabilidades doble diferenciales de fotoemisión -resueltas en energía y ángulo del electrón emitido- desde la banda de valencia de superficies de aluminio y berilio. Como resultado de esta investigación se encontró que en el caso del berilio la estructura de bandas electrónica ejerce una notable in uencia sobre las distribuciones de electrones emitidos, mientras que para el aluminio tales efectos juegan un papel menor. El método BSB-V nos permitió además analizar la contribución de los estados electrónicos superficiales (SESs, por sus siglas en inglés) parcialmente ocupados, hallándose que para la superficie de berilio estos estados producen modificaciones que podrían ser experimentalmente observables en los espectros de emisión electrónica. Por otra parte, con la motivación de determinar los efectos debidos a la orientación cristalográfica del material se evaluaron las distribuciones electrónicas para dos diferentes caras del aluminio - Al(111) y Al(100) - observándose que las diferencias entre los espectros correspondientes dependen fuertemente de los parámetros del pulso. Los resultados de la aproximación BSB-V fueron también contrastados con valores derivados a través de la resolución numérica de la ecuación de Schrëodinger dependiente del tiempo (TDSE), encontrándose una excelente concordancia, lo que brinda confiabilidad al modelo propuesto. También se analizó el rol desempeñado por el potencial inducido dentro del modelo BSB-V. Dicho potencial describe la respuesta electrónica dinámica del material al campo eléctrico externo, la cual, dependiendo de las características del pulso, puede alterar marcadamente los espectros de emisión electrónica. En particular, sus efectos se tornan visiblemente evidentes para pulsos con frecuencia portadora cercana a la del plasmón superficial, donde aparecen contribuciones resonantes, y para pulsos con baja frecuencia, en el rango infrarrojo, en donde el comportamiento del material se asemeja al correspondiente caso estático. Por otra parte, dado que recientemente se publicaron resultados experimentales de emisión fotoelectrónica desde una superficie de magnesio , obtenidos con la técnica de espectroscopía de atto-segundos, se calcularon distribuciones fotoelectrónicas para esta superficie considerando pulsos con diferentes duraciones y frecuencias, trazando así un camino para avanzar con el desarrollo de la descripción teórica del problema. En la segunda parte de la tesis se investiga la difracción de átomos rápidos de helio que inciden en forma rasante sobre una superficie de Ag(110). En este caso los resultados fueron comparados con datos experimentales del grupo de P. Roncin (Universitè Paris-Sud, Francia), con el que se trabajó en colaboración, siendo los patrones de difracción experimentales una herramienta extremadamente sensible para probar el modelo de potencial superficial. En este caso la interacción proyectil-superficie fue representada con un modelo ab-initio derivado en el marco de la teoría de funcional densidad (DFT), mientas que el proceso de colisión elástica, característico de la difracción, fue descripto por medio de la aproximación Superficial Eikonal (SE). La aproximación SE es un método de onda distorsionada que tiene en cuenta la interferencia cuántica entre las contribuciones procedentes de diferentes trayectorias del proyectil, las cuales son evaluadas a partir de la dinámica clásica considerando la completa corrugación del potencial superficial. A partir del buen acuerdo observado entre las distribuciones de momento teóricas y experimentales correspondientes a incidencia a lo largo de diferentes direcciones cristalográficas se concluyó que el modelo de potencial propuesto brinda una adecuada descripción de la interacción superficial en el rango de energías perpendiculares a la superficie del orden de los cientos de meV . Dado que en los procesos de GIFAD desde superficies metálicas las transiciones inelásticas son consideradas una fuente importante de decoherencia, se estudió también la energía perdida por los átomos de helio axialmente dispersados desde la superficie de Ag(110) con el fin de investigar la influencia de los procesos disipativos en los patrones de difracción. Las distribuciones finales de momento del proyectil fueron evaluadas dentro de un formalismo semi-clásico que incluye efectos disipativos debido a excitaciones electrón-hueco por medio de una fuerza de fricción dependiente de la densidad electrónica local. Para incidencia a lo largo de una dirección de bajo índice cristalográfico, con una dada energía de impacto, el modelo predice la presencia de marcadas estructuras en el espectro de pérdida de energía, las cuales proporcionan información detallada acerca de la dependencia de la pérdida de energía con la trayectoria del proyectil. Sin embargo, estas estructuras desaparecen completamente cuando se toma en cuenta la dispersión experimental del haz incidente, dando lugar a una distribución de pérdida de energía suave, en buen acuerdo con los datos experimentales disponibles . Además, nuestros resultados sugieren que los procesos inelásticos producen un fondo casi constante en la distribución de momento transversal de los proyectiles dispersados, excepto en los extremos del espectro, donde aparecen máximos asociados al denominado rainbow clásico. Finalmente concluimos que los patrones de difracción experimentales son bien reproducidos a partir de la adición de las contribuciones elásticas e inelásticas.

Abstract:
In this thesis we expose the research developed during the doctoral studies, which involves the investigation of metal surfaces through its interaction with both, photons - electromagnetic fields - and particles - neutral atoms. With regard to the interaction with electromagnetic fields, the work focuses on the study of electronic transitions from the valence band of the metal produced by grazing incidence of ultra-short laser pulses, with durations of the order of femto- or atto-seconds. Concerning the interaction with particles, the investigation is centered on the diffraction of fast atoms, with energies of the order of keV s, by grazing incidence on crystal surfaces (GIFAD). In both cases the purpose is to study the in uence of the surface potential, whose precise and detailed representation is crucial for the proper description of recent experimental results on both lines . In the first chapters of the thesis we study the photoelectron emission from the valence band of a metal surface due to grazing incidence of ultra-short laser pulses, with special emphasis on the in uence of the electronic band structure. With such an aim we developed an approximate method within the framework of the time-dependent distorted wave formalism, named Band-Structure-Based-Volkov (BSB-V). The proposed approach includes a realistic representation of the surface potential, given by a one-dimensional pseudo-potential model , which takes into account effects of the band structure of the metal. The BSB-V approach was applied to calculate double differential photoemission probabilities -resolved in energy and angle of the emitted electron- from the valence band of aluminum and beryllium surfaces. As a result of this investigation it was found that in the case of beryllium, the electronic band structure has a remarkable in uence on the distribution of the emitted electrons, whereas for aluminum such effects play a minor role. The BSB-V method allowed us to analyze the contribution of partially occupied surface electronic states (SESs), observing that for the beryllium surface, these states produce modifications that might be experimentally observable in the electron emission spectra. On the other hand, in order to determine the in uence of the crystallographic orientation of the material, electronic distributions for two different faces of the aluminum -Al(111) and Al(100)- were evaluated, concluding that the differences between the corresponding spectra depend strongly on the pulse parameters. BSB-V results were also contrasted with values derived by means of the numerical solution of the time dependent Schrëodinger equation (TDSE), finding an excellent agreement, which confirms the reliability of the proposed model. We also investigate the role played by the induced potential within the BSB-V approach. This potential describes the dynamic response of the material to the external electric field. Depending on the characteristics of the pulse, the induced potential can markedly modify the electron emission spectra. These effects become more evident for pulses with carrier frequencies close to the surface plasmon one, where resonant contributions appear, and for low-frequency pulses, in the infrared range, where the induced field tends to the static limit. Furthermore, since experimental data of photoelectron emission from a magnesium surface, obtained with the attoseconds spectroscopy technique, were recently reported , we present electron distributions for this surface, derived within the BSB-V approximation by considering pulses with different durations and frequencies. Such a research represents a step forward to the complete understanding of the problem. In the second part of the thesis, diffraction patterns of fast helium atoms grazing scattered off a Ag(110) surface are investigated. Our theoretical results were compared with experimental data of the group of P. Roncin (Universitè Paris-Sud, Francia), with whom we worked in collaboration. Since GIFAD patterns are extremely sensitive to the surface interaction, we use experimental momentum distributions of GIFAD to evaluate the performance of a surface potential model derived from ab-initio calculations obtained from Density Functional Theory (DFT). To deal with the elastic collision process involved in the diffraction phenomenon we use a semi-classical method, named Surface Eikonal (SE) approximation. The SE approach is a distorted wave theory that takes into account the quantum interference among transition amplitudes corresponding to different projectile trajectories, which are evaluated from classical dynamics including the complete corrugation of the surface potential. The good agreement between experimental and theoretical projectile distributions allows us to conclude that the proposed potential model provides an adequate description of the surface interaction in the range of energies associated with the initial motion perpendicular to the surface of the order of the hundreds of meV s. In addition, in order to analyze the in uence of dissipative processes in diffraction patterns we study the energy lost by helium atoms axially scattered from a Ag(110) surface. Final projectile distributions were evaluated within a semi-classical formalism that includes dissipative effects due to electron-hole excitations by means of a friction force that depends on the local electron density. For incidence along a low index crystallographic direction with a given impact energy, the model predicts the presence of structures in the energy loss spectrum, which provide detailed information about the dependence on the projectile trajectory. However, these structures disappear completely when the experimental dispersion of the incident beam is taken into account, resulting in a smooth energy loss distribution, in good agreement with available experimental data . Moreover, our results suggest that inelastic processes produce a nearly constant background in the transverse momentum distribution of scattered projectiles, except around classical rainbow angles, where rainbow maxima are present. Finally, we conclude that experimental diffraction patterns are well reproduced from the addition of the elastic and inelastic contributions.

Rubio López, Adrián Ezequiel. "Aspectos fuera del equilibrio en la física del efecto Casimir" (2015-03-18) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
El objetivo principal de esta Tesis está centrado en el estudio de las fluctuaciones cuánticas de vacío y en particular del efecto Casimir para situaciones fuera del equilibrio. Para ello, en el presente trabajo se combinan, básicamente, dos métodos funcionales de gran poder: por una parte, se utiliza el formalismo de integrales de camino temporal cerrado (ó CTP de sus siglas en inglés) para el estudio de la evolución temporal de valores medios cuánticos; mientras que por otro lado, se incorpora el formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon como herramienta fundamental para el tratamiento de la dinámica de sistemas cuánticos abiertos. En una primera parte, se analizó una de las posibles formas de abordar el efecto Casimir en medios disipativos en un régimen estacionario y de equilibrio térmico, mediante un formalismo de cuantización canónica en el estado estacionario. En este punto, discutimos los posibles modelos físicos de permitividad de los medios materiales, conectando natural y necesariamente la teoría del movimiento Browniano cuántico al problema de la fuerza de Casimir con medios materiales reales. Luego, y como modelo más cercano al que representa el interés de la tesis, planteamos un problema de condiciones iniciales para un campo escalar en interacción con grados de libertad que representan a las principales propiedades de la materia. En este modelo, obtuvimos el régimen estacionario como el límite de tiempos largos, lo que nos llevó a una formulación conceptualmente correcta para la cuantización canónica en el límite estacionario. Posteriormente, extendimos el enfoque al caso del campo electromagnético. Logramos resolver las dificultades propias que impone un campo de gauge de tipo vectorial al momento de cuantizar, y ganamos generalidad en los modelos de medios materiales al poder representar materiales anisótropos (birrefringencia). Finalmente, a partir del formalismo desarrollado y de los modelos planteados, estudiamos el caso del efecto Casimir en su situación más realista: consideramos un campo electromagnético en interacción con materia en un contexto fuera del equilibrio. Abordamos el problema de dos placas paralelas semi-infinitas (problema de Lifshitz) de forma completa, estudiando al mismo tiempo varios de sus aspectos termodinámicos. Obtuvimos fórmulas analíticas exactas, demostrando que el estado estacionario de dicho escenario presenta dos contribuciones para la presión, una asociada a las condiciones iniciales del campo y la otra asociada a los baños térmicos que actúan de entorno sobre el material de las placas. Al mismo tiempo, la transferencia de calor (estudiada a través del vector de Poynting) presenta sólo una de las contribuciones, la asociada a los baños térmicos. Palabras claves: teoría de campos fuera del equilibrio - efecto Casimir - cuantización - sistemas cuánticos abiertos

Abstract:
The main objective of this thesis is focused on the study of quantum vacuum fluctuations, particularly the Casimir effect for non-equilibrium situations. Therefore, in this work we basically combine two functional methods of great power: on one hand, the closed time path formalism (CTP) to study the time evolution of the quantum expectation values; and, on the other hand, the Feynman-Vernon influence functional formalism as a fundamental tool for the treatment of open quantum systems dynamics. Firstly, we have analyzed one of the possible approaches to the Casimir effect in dissipative media at a steady situation of thermal equilibrium by using a canonical quantization formalism at steady states. At this point, we discussed the possible physical models of permittivity of the material, connecting naturally and necessarily the quantum Brownian motion theory to the problem of the Casimir force with real material boundaries. Then, as a closer model to represent the interest of the thesis, we propose an initial conditions problem for a scalar field interacting with degrees of freedom representing the main properties of matter. In this model, we obtained the steady state as the limit of long times, which led to a conceptually correct formulation for the canonical quantization in the stationary limit. Subsequently, we extended the approach to the case of the electromagnetic field. We were able to deal with the difficulties that impose a gauge vector-field at the moment of quantization, and we gain generality in the models represented with achieving the possibility of considering anisotropic material (birefringence). Finally, from the formalism developed and the proposed models, we studied the case of the Casimir effect in the most realistic situation: we considered an electromagnetic field interacting with matter in a nonequilibrium context. We address the problem of two semi-infinite parallel plates (Lifshitz problem) completely, also studying its thermodynamic aspects. We obtained exact analytical formulas, showing that the steady state of this scenario presents two contributions to the pressure, one associated to the initial conditions of the field and the other one associated with the thermal baths acting as environment over the material of the plates. At the same time, heat transfer (studied through the Poynting vector) has only one contribution, the one associated to the thermal baths. Keywords: non equilibrium quantum field theory - Casimir effect - quantization - open quantum systems

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

pdf

Resumen Registro Cita

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.

Güller, Francisco. "Propiedades electrónicas y magnéticas de dicalcogenuros de metales de transición en la nanoescala" (2015-03-27) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tesis de doctorado se analizan propiedades electrónicas de nanoestructuras de dicalcogenuros de metales de transición. Estos compuestos de naturaleza iónico-covalente, tienen fórmula química MX2, en la cual M es un metal de transición y X puede ser S, Se o Te. Estos compuestos son de naturaleza laminar y tal como acontece con el grafito, las láminas que los constituyen, o sea monocapas de grafeno en el caso del grafito y tricapas atómicas en el caso de los dicalcogenuros, se pueden aislar o separar fácilmente puesto que la unión entre ellas es de tipo van der Waals. En la primera parte de la tesis se exponen propiedades generales de tricapas 2D de los materiales estudiados. Se presentan las características de los dos tipos de politipos, 1T y 1H, en los que aparecen en la naturaleza y se analiza el problema de la estabilidad estructural y la preferencia por uno u otro tipo de politipo. Siendo el objeto principal de esta tesis el estudio de propiedades de nanoestructuras cuasi unidimensionales obtenidas a partir de las tricapas MX2, se focaliza en las características de los estados electrónicos y en el efecto de vacancias e impurezas en los dos tipos de nanocintas 1D que se pueden obtener con más facilidad a partir de ellas. Las nanocintas con bordes tipo diente de sierra son polares, abordamos en particular los efectos de la presencia de polaridad eléctrica en estas nanocintas y analizamos la evolución de la polaridad con el ancho de las cintas y la estabilidad energética frente a nanocintas no polares. Surge a raíz de este estudio la predicción de una transición de fase metalaislante en nanocintas de los dicalcogenuros aislantes MoS2 y MoSe2. En la segunda parte de este trabajo se estudia el surgimiento de magnetismo de baja dimensión en nanocintas de dicalcogenuros metálicos, en particular en el caso de nanocintas de NbS2, compuesto que en dimensión mayor no es magnético. El estado fundamental que se encuentra para estas nanocintas es de tipo de onda de densidad de espín (SDW) Rastreamos el origen de estas soluciones magnéticas a particularidades de la superficie de Fermi de las tricapas a partir de las cuales se generan las nanocintas. Palabras clave: Nanoestructuras, Dicalcogenenuros de Metales de Transición, Polaridad en nanoestructuras, Nanomagnetismo, Ondas de Densidad de Espín.

Abstract:
In this thesis we analyze electronic properties of transition metal dichalcogenide nanostructures. These compounds have the chemical formula MX2, where M is a transition metal atom and X can be S, Se or Te. They show varying degrees of covalency in their atomic bonds. As in the case of graphite, dichalcogenides have laminar structures. Their constituting layers, atomic monolayers in the case of graphite (graphene) and trilayers in the case of the dichalcogenides of our interest, can be easily isolated since the interaction between them is of van der Waals type. The first part of the thesis describes general properties of 2D trilayers of the studied materials. The characteristics of the two polytypes which appear in nature, 1T and 2H, are analyzed, together with the problem of structural stability and the preference of a given dichalcogenide for one or the other polytype. The main theme of this thesis being the study of quasi onedimensional nanostructures obtained from the MX2 trilayers, its´ focus is set on the characteristics of the electronic states and on the effect of vacancies and impurities in the two simplest types of 1D nanoribbons: the so-called zigzag and armchair types. Zig-zag nanoribbons are polar, and we pay special attention to the effects of electrical polarity in these nanoribbons. We analyze the evolution of polarity effects with ribbons' width and the energetic stability in comparison to non polar nanoribbons. Based on the results of this study, we predict a metal to insulator phase transition in nanoribbons of the non-metallic dichalcogenides MoS2 y MoSe2. The second part of this work describes the emergence of low-dimensional magnetism in nanoribbons of metallic dichalcogenides, in particular NbS2, a compound which does not show magnetic order in two or three dimensions. The ground state found for these nanoribbons is a type of spin density wave (SDW). We trace the origin of these magnetic solutions to peculiarities of the Fermi surface of the trilayers from which the nanoribbons originate. Keywords: Nanostructures, Transition Metal Dichalcogenides, Polarity in nanostructures, Nanomagnetism, Spin Density Waves.

Rizzo, Bruno. "Transporte cuántico e interferencia en sistemas mesoscópicos" (2015-04-01) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
Caracterizar y manipular los estados cuánticos es una tarea esencial para el avance de la tecnología relacionada con el desarrollo de la electrónica de pequeña escala y la computación cuántica. La generación y manipulación de estados, son la base para realizar cualquier procesamiento cuántico de la información. El objetivo general de esta tesis es el de investigar sistemas eléctricamente controlables, de interés para aplicaciones de espintrónica y computación cuántica. Con este fin, presentamos un estudio sobre las propiedades del transporte en una serie de sistemas mesoscópicos. Para ello, utilizamos el formalismo de funciones de Green fuera del equilibrio (también conocido como de Kadanoff-Baym-Schwinger-Keldysh). En una primera parte, estudiamos un anillo de Aharonov-Bohm unidimensional, como mediador de entrelazamiento de dos partículas entre reservorios de electrones libres. Allí vemos como las correlaciones de corriente entre los distintos reservorios sirven, en determinadas circunstancias, para estimar el grado de entrelazamiento orbital. En la segunda parte de esta tesis, presentamos un modelo de un aislador topológico bidimensional donde los estados de borde son helicoidales y están protegidos por la simetría de reversión temporal. Estudiamos el comportamiento de la corriente en presencia de contactos puntuales que favorezcan el paso de partículas entre distintos canales y vemos como el ruido de frecuencia cero permite estimar la presencia o ausencia de procesos de salto entre canales con distinto espín. Mostramos que, a partir de dos contactos puntuales, es posible construir un interferómetro con estados de borde. Por último, analizamos la posibilidad de generar procesos efectivos de salto entre los distintos estados de borde a partir del acoplamiento con un 'anti-punto' cuántico.

Abstract:
To characterize and manipulate quantum states is essential for technological developments related to small-scale electronics and quantum computing. The generation and manipulation of states are the basis for any quantum information processing. The main objective of this thesis is to investigate electrically controllable systems of interest for applications in spintronics and quantum computing. To this end, we present a study of the transport properties of a series of mesoscopic systems. We use the formalism of Green's functions out of equilibrium (also known as Kadanoff-Baym-Schwinger-Keldysh techniques). In the first part, we study a one-dimensional ring that mediates the two-particle entanglement in free electrons reservoirs. Here we see that the current correlations between different reservoirs serve, in certain circumstances, to estimate the degree of orbital entanglement. In the second part of this thesis, we present a model of a two-dimensional topological insulator where helical edge states are protected by time reversal symmetry. We study the behavior of the current in the presence of point contacts that favor the hopping of particles between different channels and use the zero-frequency noise to estimate the presence or absence of spin- ip hopping in real setups. We show that, for two quantum point contacts, it is possible to construct an interferometer with edge states. Finally, we discuss the possibility of creating effective spin-flip processes between different edge states from the coupling with a quantum anti-dot.

Ludovico, María Florencia. "Transporte cuántico dependiente del tiempo en sistemas mesoscópicos" (2015-12-11) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tesis estudiamos las propiedades de transporte de carga y energía en sistemas de escala mesoscópica que se encuentran fuera del equilibrio debido a la acción de potenciales dependientes del tiempo. Con el objetivo de estudiar las propiedades termodinámicas y fenómenos termoeléctricos en sistemas fuera del equilibrio, nos enfocamos en describir la relación entre corrientes de partículas y de energía. En primer lugar, comenzamos estudiando transporte eléctrico en sistemas de tipo Aharonov-Bohm con anillos conectados a dos electrodos y en presencia de campos magnéticos alternos. Analizamos las condiciones para generar corrientes de bombeo continuas en el régimen adiabático y las propiedades de simetría de esta corriente ante la inversión del campo magnético. Luego nos enfocamos en el estudio de transporte dependiente del tiempo de energía y calor en sistemas con voltajes alternos aplicados. En este punto, presentamos una expresi ón apropiada para el cálculo de las corrientes de calor en cada parte del sistema, en acuerdo con los principios fundamentales de la termodinámica. Por último, derivamos una teoría termoeléctrica generalizada que incluye no solo las corrientes de bombeo de carga y calor, sino también el trabajo intercambiado entre el sistema cuántico y las fuentes externas dependientes del tiempo. También presentamos expresiones para los coeficientes termoeléctricos que obedecen relaciones de reciprocidad de Onsager. Esta teoría termoeléctrica generalizada nos permitió describir y caracterizar en término de eficiencias y figuras de mérito máquinas cuánticas tales como motores, generadores, maquinas térmicas y bombeadores de calor. A lo largo de la tesis, la resolución de los problemas se basó en la aplicación del formalismo de funciones de Green de Keldysh para sistemas fuera del equilibrio, y fue acompa~nada por resultados numéricos.

Abstract:
We study the properties of charge and energy transport in mesoscopic systems under time-dependent driving potentials. Studying the relation between particles and energy currents is the basis to describe thermoelectric phenomena, and when combined with the basic principles of thermodynamics, the resulting theory has simplicity and high predictive power. With the purpose of describing this relation, we start by studying electric transport in Aharonov-Bohm setups containing rings threaded by ac magnetic fluxes. We analyze the conditions to generate a pumped dc current in the adiabatic regime. We also study the symmetry properties of the induced current as a function of the static component of the magnetic flux. Then we focus on the study of time-dependent energy and heat flows in systems with external power sources. We derive the appropriate expression for the dynamical dissipation, in accordance with the fundamental principles of thermodynamics. Finally, we generalize the theory of thermoelectrics to include coherent electron systems under adiabatic ac driving, accounting for quantum pumping of charge and heat as well as the work exchanged between electron system and driving potentials. We derive the relevant response coefficients in the adiabatic regime and show that they obey Onsager reciprocity relations. This generalized thermoelectric framework allows us to describe and characterize in terms of efficiencies and figures of merit the operation of quantum machines like motors, generators, heat engines and heat pumps. During this work, we solved the problems by using out of equilibrium Keldysh's Green function formalism and numerical methods.

Losada, Marcelo Adrián. "El formalismo de contextos generalizados y sus aplicaciones" (2016-03-28) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En este trabajo se presenta un enfoque de historias cuánticas, alternativo a la teoría de Historias Consistentes, denominado formalismo de Contextos Generalizados y se demuestra que es adecuado para definir probabilidades a expresiones que involucran propiedades a distintos tiempos. Además se analizan las relaciones existentes entre estos dos formalismos y se prueba que cuando la condición de consistencia de Historias Consistentes se impone para todo estado, se obtiene la condición de compatibilidad del formalismo de Contextos Generalizados. En este caso se demuestra que ambos formalismos son equivalentes para describir propiedades a distintos tiempos. También se discute el problema de las retrodicciones de propiedades contrarias en ambos formalismos de historias cuánticas. Se muestra que en el caso de las Historias Consistentes es posible la retrodiccón de propiedades contrarias, mientras que en el formalismo de Contextos Generalizados esto no es posible. Por último, se presentan algunas aplicaciones del formalismo de Contextos Generalizados a situaciones físicas: el proceso de medición, el experimento de la doble rendija y el proceso de decaimiento.

Abstract:
We develop a quantum history approach, alternative to the theory of Consistent Histories, called formalism of Generalized Contexts and we prove that it is suitable to define probabilities of expressions involving properties at different times. We also analyze the relationships between these two formalisms and we show that when the consistency condition of Consistent Histories theory is imposed for all states, the compatibility condition of the formalism of Generalized Contexts is obtained. In this case we obtain that both formalism are equally useful to describe properties at different times. Furthermore, we discuss the retrodiction of contrary properties in both quantum histories formalisms. We show that in the Consistent Histories formulation it is possible to retrodict contrary properties, while in the formalism of Generalized Contexts this is not possible. Finally, we apply the formalism of Generalized Contexts to some physical situations: the measurement process, the double-slit experiment and the decay process.

Trombetta, Leonardo Giuliano. "Efectos cuánticos en modelos cosmológicos inflacionarios" (2016-03-29) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
La expansión del universo durante la etapa in acionaria puede ser descripta en una primera aproximación con la métrica de De Sitter. El cálculo de las funciones de correlación cuánticas de los campos en esta geometría es importante para contrastar los modelos con las observaciones de precisión del fondo cósmico de microondas. En el caso de campos muy livianos comparados con la curvatura del espacio tiempo, estos cálculos estan plagados con efectos infrarrojos, los cuales podrían estar indicando una falla en la teoría de perturbaciones. En este sentido, algunos cálculos no perturbativos han mostrado que las interacciones generan una masa dinámica, que tiene el efecto de regular las posibles divergencias infrarrojas. En esta tesis se estudian algunos aspectos de la teoría cuántica de campos en De Sitter mediante diversos métodos no perturbativos, con el objetivo de comprender los efectos infrarrojos asociados a campos livianos o no masivos en el universo temprano. Por un lado se considera la Acción Efectiva de dos partículas Irreducible (2PIEA) en la aproximación de Hartree, que si bien es exacta en el límite de N grande para un modelo con simetría O(N), para un número finito de campos deja de ser completamente consistente. Para recuperar en parte algunas propiedades de la 2PIEA exacta, se deben imponen ciertas relaciones de consistencia en el proceso de renormalización, lo cual afecta las partes finitas de los contratérminos. Se ha prestado particular atención a este proceso, generalizándolo a espacios curvos para obtener las ecuaciones de evolución del valor medio del campo renormalizadas. Se estudió el potencial efectivo en la aproximación de Hartree, buscando las condiciones para la existencia de soluciones con ruptura espontánea de simetría. Resultados previos en la literatura muestran que estas soluciones no existen en el límite de N grande, así como tampoco para N finito con el esquema de renormalización usual. Por otro lado, adoptando la renormalización consistente, se encuentran soluciones con ruptura de simetría, cuya existencia sin embargo depende del punto de renormalización. Luego, se consideraron las ecuaciones de Einstein Semiclásicas en la aproximación de Hartree, renormalizándolas con el método consistente. Se buscaron soluciones autoconsistentes de éstas ecuaciones en combinación con las ecuaciones del campo, estudiando si el efecto de los campos sobre la curvatura puede generar o no una restauración de la simetría. En particular se encontraron soluciones donde los efectos cuánticos son los responsables de la expansión acelerada del universo, en ausencia de constante cosmológica. Estos resultados también dependen del punto de renormalización. Otro método no perturbativo muy poderoso proviene de formular la Teoría de Campos en el espacio De Sitter Euclídeo, el cual tiene la propiedad de ser compacto. Debido a esto, el campo admite una descomposición en modos discreta que pone en evidencia que las divergencias infrarrojas provienen de las contribuciones del modo constante, o modo cero. Es posible formular una teoría sin problemas infrarrojos tratando no perturbativamente al modo cero, y de manera perturbativa a los modos inhomogéneos. Las correcciones provenientes de éstos últimos son de orden superior en una expansión infrarroja. Consideramos la generalización de esta formulación a la teoría con simetría O(N), calculando la masa dinámica y el potencial efectivo. Esto permite realizar una comparación adecuada con los resultados provenientes de la 2PIEA donde el límite de N grande permite obtener resultados más confiables.

Abstract:
The expansion of the Universe during the inflationary stage can be described, as a first approximation, with the De Sitter metric. It is important to calculate quantum correlation functions of fields living in this geometry in order to compare the different models with the high-precision observations of the Cosmic Microwave Background. For light fields compared to the space-time curvature, these calculations are plagued by infrared effects, which might be an indication of the breakdown of perturbation theory. In this regard, some non-perturbative calculations have shown that a mass is dynamically generated by the interactions, effectively regulating the possible infrared divergences. In this thesis, we study some aspects of the Quantum Field Theory in De Sitter space by means of non-perturbative methods, with the goal of better understanding the infrared effects associated with light and massless fields in the early Universe. On the one hand, we considered the Two-Particle Irreductible Effective Action (2PIEA) in the Hartree approximation, which, although being exact in the large-N limit of a model with O(N) symmetry, in the case of a finite number of fields it is no longer fully consistent. In order to partially recover some properties of the exact 2PIEA, some consistency conditions must be imposed on the renormalization procedure, which in turn affects the finite parts of the counterterms. We focused on this process, generalizing it to curved backgrounds in order to find the renormalized evolution equation for the mean value of the field. We studied the Effective Potential, looking for the conditions for the existence of spontaneous-symmetry- breaking solutions. Previous results in the literature show that there are no such solutions in the large-N limit, as well as for finite N under the usual renormalization scheme. Nevertheless, we found that these solutions can exist when adopting the consistent renormalization scheme, although their existence is dependent on the renormalization point. Then we studied the Einstein Semiclassical Equations in the Hartree approximation with the consistent renormali- zation procedure. We looked for self-consistent solutions of these equations together with the field equations, studying whether the quantum effects over the space-time curvature can induce a symmetry restoration or not. In particular, we found some solutions where the quantum effects are solely responsible for the accelerated expansion of the Universe, without the presence of a Cosmological Constant. This results are also dependent on the renormalization point chosen. Another very powerful non-perturbative method comes from the formulation of the Quantum Field Theory in euclidean De Sitter space, which has the characteristic property of being compact. Due to this, the field has a discrete mode decomposition which allows to identify the contributions of the constant -or zero- mode, as the origin of the infrared divergences. It is then possible to formulate a theory with no infrared problems by treating the zero mode non-perturbatively, while dealing with the inhomogeneous modes perturbatively. The corrections coming from the latter are of higher order in an infrared expansion. We considered the generalization of this formulation to a model with O(N) symmetry, calculating the dynamical mass and the Effective Potential. This allows for a comparison with the results obtained with the 2PIEA, for which the large-N limit is needed for the results to be trusted.

Mazzitelli, Javier. "Efectos de la cromodinámica cuántica en la física del bosón de Higgs" (2016-07-22) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
A lo largo de la presente tesis hemos llevado a cabo el cálculo de las correcciones predichas por la cromodinámica cuántica para distintas secciones eficaces que son relevantes para la caracterización del bosón de Higgs descubierto en el LHC, hasta el momento compatible con aquel del modelo estándar. En particular, hemos analizado la producción de uno y dos bosones de Higgs a través del mecanismo de fusión de gluones, principal canal de producción en el LHC. En todos los casos, trabajamos en el límite en que la masa del quark top es grande, a través del cual se obtiene un Lagrangiano de interacción efectivo entre el bosón de Higgs y gluones. Para la sección eficaz correspondiente a la producción de un bosón de Higgs, uno de los procesos más relevantes en el LHC, hemos obtenido expresiones aproximadas a tercer y cuarto orden, mejorando los resultados disponibles anteriormente, y observando una reducción de las incertezas teóricas respecto de órdenes anteriores. En el caso de la producción de dos bosones de Higgs, cuyo interés reside en la posibilidad de medir en el futuro la auto-interacción del bosón de Higgs y por lo tanto el potencial escalar del modelo estándar, hemos calculado las correcciones a segundo orden, obteniendo la predicción más precisa disponible hasta el momento. Además, hemos considerado la emisión de gluones soft a todo orden en la expansión perturbativa, a través de la denominada resumación de umbral, alcanzando de esta forma resultados aún más confiables. Nuestras predicciones, incluídas en el informe anual del Higgs Cross Section Working Group del LHC, son utilizadas por las colaboraciones experimentales ATLAS y CMS.

Abstract:
In this Thesis we have carried on the calculation of the corrections predicted by quantum chromodynamics for different cross sections which are relevant for the characterization of the Higgs boson discovered at the LHC, so far compatible with that of the standard model. In particular, we have analysed the production of one and two Higgs bosons through the gluon fusion mechanism, which is the main production channel at the LHC. We worked in the large top-quark mass limit, in which an effective Lagrangian arises for the interaction between the Higgs boson and the gluons. For the cross section corresponding to the production of a single Higgs boson, one of the most relevant processes at the LHC, we have obtained approximate expressions for the third and fourth order corrections, improving the previously available results, and observing a reduction of the theoretical uncertainties with respect to previous orders. For the case of the double Higgs production, which gives the opportunity to measure in the future the Higgs self-interaction and therefore the scalar potential of the standard model, we have obtained the second order corrections, reaching the most precise prediction available for the moment. Furthermore, we have considered the all-orders soft gluon emission, through the so called threshold resummation, obtaining even more reliable results. Our predictions, which are included in the annual report of the LHC Higgs Cross Section Working Group, are used by the experimental collaborations ATLAS and CMS.

Allen, Pablo Guillermo. "Estudio de la estructura de fases de la Cromodinámica Cuántica (QCD) en presencia de campos magnéticos fuertes mediante modelos efectivos" (2016-12-02) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tesis se estudian los efectos de campos magnéticos intensos sobre las propiedades de la materia fuertemente interactuante en el marco de modelos efectivos del tipo Nambu-Jona-Lasinio, haciendo especial énfasis en el análisis de los diagramas de fases y el comportamiento de los parámetros de orden. En el Cap.1, se realiza una introducción a los temas que se desarrollan en esta tesis, presentándose las motivaciones y los objetivos. En el Cap.2, se hace una revisión breve de algunos aspectos básicos de la Cromodinámica Cuántica (QCD), los cuales son usados como punto de partida para la construcción de los modelos efectivos utilizados. Luego se introducen el modelo de Nambu-Jona-Lasinio y las distintas extensiones a ser estudiadas en este trabajo. En el Cap.3, se introduce campo magnético en el modelo, prestando especial atención a los diferentes procedimientos de regularización posibles. Se realiza una comparación entre dichos procedimientos y además se comparan estos resultados con los correspondientes de Lattice QCD (Cromodinámica cuántica en red). En el Cap.4, se estudia la estructura de fases del modelo con campo magnético y potencial químico finito. Se realiza además un estudio exhaustivo de la dependencia de los diagramas de fase con la parametrización. Se analiza el comportamiento de los parámetros de orden y se discute el efecto de catálisis magnética inversa. En el Cap.5, se presentan los resultados correspondientes a una extensión del modelo que incluye interacciones generalizadas. Se tienen en cuenta interacciones de mezcla de sabor y de carácter vectorial. Luego, se imponen condiciones de neutralidad de carga y equilibrio β, relevantes al estudio de estrellas compactas. En el Cap.6, se analiza el modelo al considerar interacciones efectivas del tipo quark-quark, las cuales reproducen el efecto de superconductividad de color. Se detalla el procedimiento de regularización y se discute el comportamiento del parámetro de orden de simetría quiral y del gap superconductor. Nuevamente, se estudian los diagramas de fase en función de los parámetros del modelo. En el Cap.7, finalmente, se resume el trabajo realizado y se exponen las conclusiones.

Abstract:
In this thesis we study the effects of intense magnetic fields on the properties of strongly interacting matter within effective models of the Nambu-Jona-Lasinio type, emphasizing on the analysis of the corresponding phase diagrams and the behaviour of the relevant order parameters. In Chap.1, we briefly introduce the subjects to be developed in this thesis, and present the motivations and objectives. In Chap.2, we summarize some of the basic aspects of Quantum Chromodynamics (QCD), which are used as a starting point for the construction of the effective models used in this work. Then, we introduce the Nambu-Jona-Lasinio model and the different extensions to be studied. In Chap.3, we introduce magnetic field in the model, paying special attention to the different possible regularization procedures. We carry out a comparison between such procedures and also compare these results with the corresponding ones from Lattice QCD. In Chap.4, we study the phase structure of the model under finite magnetic field and chemical potential. We carry out an exhaustive study of the dependence of the phase diagram on the parameter choice. We analyse the behaviour of the dressed mass, order parameter for chiral symmetry breaking, and the density. The effect of inverse magnetic catalysis is also discussed. In Chap.5, we extend the model to include generalized interactions. We consider flavour mixing effects and vector interaction channels. Afterwards, charge neutrality and β equilibrium conditions are imposed, which are relevant to the study of compact stars. In Chap.6, we take into consideration effective quark-quark type interactions, which reproduce the effect of color superconductivity. The regularization procedure is shown in detail for this case, and the behaviour of the chiral symmetry breaking order parameter and superconducting gap are presented. Once again, we study the phase diagrams and their dependence on the parameter choice. In Chap.7, finally, we summarize the results of this work and the conclusions are presented.

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

pdf

Resumen Registro Cita

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.

Freitas, José Nahuel. "Termodinámica y simulaciones cuánticas en trampas de iones" (2017-03-23) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

pdf

Resumen Registro Cita

Resumen:
En esta tesis se estudian fundamentos de termodinámica en sistemas cuánticos lineales. Se desarrolla una teoría general que permite estudiar procesos periódicos sobre redes armónicas acopladas a entornos bosónicos. Se muestra cómo las leyes usuales de la termodinámica clásica emergen a partir de la dinámica determinista del sistema. Además, los resultados obtenidos son utilizados para estudiar procesos termodinámicos en situaciones arbitrariamente alejadas del equilibrio térmico y del límite termodinámico. El formalismo desarrollado aquí es exacto y no requiere de ciertas aproximaciones que son comunmente usadas en la literatura (acoplamiento débil y dinámica Markoviana). Esto permite entender cuáles son las consecuencias de utilizar estas aproximaciones, y establecer precisamente el rango en el que pueden ser aplicadas, lo cuál es de utilidad en otros modelos donde una solución exacta no es posible. Este desarrollo también aclara ciertas confusiones existentes en la literatura respecto de la versión dinámica de la tercera ley de la termodinámica, dado que se obtiene una demostración novedosa de la validez de esta ley para una familia general de máquinas térmicas. Por último, se proponen experimentos en sistemas de iones atrapados para simular procesos de transporte de energía y transiciones de fase en materiales magnéticos.

Abstract:
This thesis studies foundations of thermodynamics in quantum linear systems. A general theory is developed to study periodic processes in harmonic networks that are connected to bosonic reservoirs. It is shown how the usual thermodynamical laws emerge from the deterministic dynamics of the system. Furthermore, the obtained results are employed to study thermodynamical processes in non-equilibrium regimes which are far from the thermodynamical limit. The developed formalism is exact and does not require some approximations that are commonly used in the literature (the weak coupling and Markovian limits). This feature allows to understand what are the consequences of using these approximations, and to establish precisely when they can be employed, which is useful in other models where an exact solution is not available. This development also clarifies some confusions existing in the literature regarding the dynamical version of the third law of thermodynamics, since it is possible to obtain a novel proof of its validity for a general family of thermal machines. Finally, some experiments with trapped ions are proposed to simulate energy transport processes and phase transitions in magnetic materials.

http://digital.bl.fcen.uba.ar

Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires
Intendente Güiraldes 2160 - Ciudad Universitaria - Pabellón II - C1428EGA - Tel. (54 11) 4789-9293 int 34