Estabilidade de vórtices em condensados de Bose-Einstein

Neste trabalho de mestrado é estudada a estabilidade de vórtices em condensados de Bose-Einstein com interação atrativa entre os átomos através da solução numérica da equação de Gross-Pitaevskii. Inicialmente são reproduzidos resultados da literatura, nos quais são estudados vórtices em condensados bidimensionais atrativos com potencial interatômico homogêneo em todo o condensado. A estabilidade de tais sistemas é inferida através da solução numérica das equações de Bogoliubov-de Gennes e da evolução temporal dos vórtices. Demonstra-se que esses vórtices são estáveis, até um certo número crítico de átomos, apenas para valores de vorticidade S=1. Em seguida foi proposto um modelo no qual a interação entre os átomos é espacialmente modulada. Neste caso é possível demonstrar que vórtices com valores de vorticidade de até S=6, pelo menos, são estáveis. Finalmente é estudada a estabilidade de vórtices em condensados tridimensionais atrativos, novamente com potencial interatômico homogêneo em todo o condensado. Assim como no caso bidimensional mostra-se que tais vórtices são estáveis para valores de vorticidade de S=1. Espera-se em breve estudar a estabilidade de vórtices em condesados tridimensionais com potencial de interação espacialmente modulado.

Dieta e fatores de riscos metabólicos para doença cardiovascular em adultos e idosos residentes no município de São Paulo: uma análise por modelos de equações estruturais

Introdução: As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte no Brasil e no mundo e apresentam importante contribuição para a carga global de doenças. A dieta tem sido considerada um dos determinantes primários do estado de saúde dos indivíduos, atuando na modulação dos fatores de risco metabólicos para doença cardiovascular. Objetivos: Desenvolver um modelo conceitual para a relação entre fatores de risco metabólicos e investigar sua associação com padrões de dieta de adultos e idosos residentes no município de São Paulo. Métodos: Estudo transversal de base populacional com amostra probabilística de adultos e idosos, residentes em área urbana do município de São Paulo, que participaram do Inquérito de Saúde do Município de São Paulo, realizado em duas fases entre os anos de 2008 e 2011 (estudo ISA Capital 2008). Na primeira fase do estudo, 1.102 adultos e idosos, de ambos os sexos, foram entrevistados no domicílio, por meio da aplicação de questionário estruturado e do recordatório alimentar de 24 horas. Na segunda fase, 642 indivíduos adultos e idosos foram reavaliados quanto ao consumo alimentar por meio da aplicação, por telefone, do segundo recordatório alimentar, e, destes, 592 participaram da coleta domiciliar de amostras de sangue venoso, da medição antropométrica e da aferição da pressão arterial por técnico de enfermagem. Os alimentos relatados em ambos os recordatórios foram agrupados segundo a similaridade do valor nutricional e hábitos alimentares da população, e corrigidos pela variância intrapessoal da ingestão por procedimentos estatísticos da plataforma online Multiple Source Method. Os grupos de alimentos foram analisados por meio de análise fatorial exploratória e confirmatória (manuscrito 1) e por modelos de equações estruturais exploratórios (manuscrito 3), a fim de obter os padrões de dieta. O modelo conceitual da relação entre os fatores de risco metabólicos (leptina sérica, proteína C-reativa de alta sensibilidade sérica, pressão arterial sistólica e diastólica, razão colesterol total/lipoproteína de alta densidade, razão triacilglicerol/lipoproteína de alta densidade, glicemia de jejum plasmática, circunferência da cintura e peso corporal) foi obtido por modelos de equações estruturais estratificados por sexo (manuscrito 2). Por fim, a associação dos padrões de dieta com o modelo conceitual proposto (manuscrito 3) foi investigada por modelos de equações estruturais exploratórios. Índices de qualidade de ajuste foram estimados para avaliar a adequação de todos os modelos. As análises foram realizadas no programa Mplus versão 6.12. Resultados: No manuscrito 1, a análise fatorial exploratória revelou a existência de dois padrões de dieta, os quais apresentaram boa qualidade de ajuste na análise fatorial confirmatória quando aplicados os pontos de corte de cargas fatoriais |0,25| na rotação oblíqua Promax. No manuscrito 2, a relação entre os fatores de risco metabólicos foi diferente entre os sexos. Nas mulheres, a leptina sérica apresentou efeitos indiretos e positivos, mediados pelo peso corporal e pela circunferência da cintura, em todos os fatores de risco avaliados. Já nos homens, a leptina sérica apresentou efeitos diretos e positivos sobre a proteína C-reativa de alta sensibilidade e efeitos indiretos e positivos (mediados pelo peso corporal e pela circunferência da cintura) sobre a razão triacilglicerol/lipoproteína de alta densidade, colesterol total/lipoproteína de alta densidade e glicemia de jejum plasmática. No manuscrito 3, foram obtidos três padrões de dieta, dos quais o Tradicional apresentou relação direta e negativa com a leptina sérica e relação indireta e negativa com o peso corporal e a circunferência da cintura, bem como com os demais fatores de risco metabólicos. Já o padrão Prudente apresentou relação direta e negativa com a pressão arterial sistólica, enquanto o padrão Moderno não se associou aos fatores de risco metabólicos investigados. Conclusão: Diferenças nos padrões de dieta de acordo com o tipo de rotação fatorial empregada foram observadas. A relação entre os fatores de risco metabólicos para doença cardiovascular foi distinta entre homens e mulheres, sendo a leptina um dos possíveis hormônios envolvidos. Os padrões de dieta Tradicional e Prudente associaram-se inversamente com os fatores de risco metabólicos, desempenhando uma importante estratégia de prevenção e controle às doenças cardiovasculares no país.

Propriedades de continuação única para soluções de equações de Schrödinger com ponto de interação

Neste trabalho, estudamos propriedades de continuação única para as soluções da equação tipo Schrödinger com um ponto interação centrado em x=0, \\partial_tu=i(\\Delta_Z+V)u, onde V=V(x,t) é uma função de valor real e -\\Delta_Z é o operador escrito formalmente como \\[-\\Delta_Z=-\\frac\\frac{d^2}{dx^2}+Z\\delta_0,\\] sendo \\delta_0 a delta de Dirac centrada em zero e Z qualquer número real. Logo, usamos estes resultados para ver o possível fenômeno de concentração das soluções, que explodem, da equação de tipo Schrödinger não linear com um ponto de interação em x=0, \\[\\partial_tu=i(\\Delta_Zu+|u|^u),\\] com ho>5. Também, mostramos que para certas condições sobre o potencial dependente do tempo V, a equação linear em cima tem soluções não triviais.

Equações de onda generalizadas e quantização funtorial para teorias de campo escalar livre

Nesta dissertação apresentamos um método de quantização matemática e conceitualmente rigoroso para o campo escalar livre de interações. Trazemos de início alguns aspéctos importantes da Teoria de Distribuições e colocamos alguns pontos de geometria Lorentziana. O restante do trabalho é dividido em duas partes: na primeira, estudamos equações de onda em variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e apresentamos o conceito de soluções fundamentais no contexto de equações locais. Em seguida, progressivamente construímos soluções fundamentais para o operador de onda a partir da distribuição de Riesz. Uma vez estabelecida uma solução para a equação de onda em uma vizinhança de um ponto da variedade, tratamos de construir uma solução global a partir da extensão do problema de Cauchy a toda a variedade, donde as soluções fundamentais dão lugar aos operadores de Green a partir da introdução de uma condição de contorno. Na última parte do trabalho, apresentamos um mínimo da Teoria de Categorias e Funtores para utilizar esse formalismo na contrução de um funtor de segunda quantização entre a categoria de variedades Lorentzianas globalmente hiperbólicas e a categoria de redes de álgebras C* satisfazendo os axiomas de Haag-Kastler. Ao fim, retomamos o caso particular do campo escalar quântico livre.

Condensados de Bose-Einstein em redes óticas: a transição superfluido-isolante de Mott em redes hexagonais e a classe de universalidade superfluido-vidro de Bose em 3D

Estudamos transições de fases quânticas em gases bosônicos ultrafrios aprisionados em redes óticas. A física desses sistemas é capturada por um modelo do tipo Bose-Hubbard que, no caso de um sistema sem desordem, em que os átomos têm interação de curto alcance e o tunelamento é apenas entre sítios primeiros vizinhos, prevê a transição de fases quântica superfluido-isolante de Mott (SF-MI) quando a profundidade do potencial da rede ótica é variado. Num primeiro estudo, verificamos como o diagrama de fases dessa transição muda quando passamos de uma rede quadrada para uma hexagonal. Num segundo, investigamos como a desordem modifica essa transição. No estudo com rede hexagonal, apresentamos o diagrama de fases da transição SF-MI e uma estimativa para o ponto crítico do primeiro lobo de Mott. Esses resultados foram obtidos usando o algoritmo de Monte Carlo quântico denominado Worm. Comparamos nossos resultados com os obtidos a partir de uma aproximação de campo médio e com os de um sistema com uma rede ótica quadrada. Ao introduzir desordem no sistema, uma nova fase emerge no diagrama de fases do estado fundamental intermediando a fase superfluida e a isolante de Mott. Essa nova fase é conhecida como vidro de Bose (BG) e a transição de fases quântica SF-BG que ocorre nesse sistema gerou muitas controvérsias desde seus primeiros estudos iniciados no fim dos anos 80. Apesar dos avanços em direção ao entendimento completo desta transição, a caracterização básica das suas propriedades críticas ainda é debatida. O que motivou nosso estudo, foi a publicação de resultados experimentais e numéricos em sistemas tridimensionais [Yu et al. Nature 489, 379 (2012), Yu et al. PRB 86, 134421 (2012)] que violam a lei de escala $\\phi= u z$, em que $\\phi$ é o expoente da temperatura crítica, $z$ é o expoente crítico dinâmico e $ u$ é o expoente do comprimento de correlação. Abordamos essa controvérsia numericamente fazendo uma análise de escalonamento finito usando o algoritmo Worm nas suas versões quântica e clássica. Nossos resultados demonstram que trabalhos anteriores sobre a dependência da temperatura de transição superfluido-líquido normal com o potencial químico (ou campo magnético, em sistemas de spin), $T_c \\propto (\\mu-\\mu_c)^\\phi$, estavam equivocados na interpretação de um comportamento transiente na aproximação da região crítica genuína. Quando os parâmetros do modelo são modificados de maneira a ampliar a região crítica quântica, simulações com ambos os modelos clássico e quântico revelam que a lei de escala $\\phi= u z$ [com $\\phi=2.7(2)$, $z=3$ e $ u = 0.88(5)$] é válida. Também estimamos o expoente crítico do parâmetro de ordem, encontrando $\\beta=1.5(2)$.

Excitations in Bose-Einstein condensates: collective modes, quantum turbulence and matter wave statistics

In this thesis, we present the generation and studies of a 87Rb Bose-Einstein condensate (BEC) perturbed by an oscillatory excitation. The atoms are trapped in a harmonic magnetic trap where, after an evaporative cooling process, we produce the BEC. In order to study the effect caused by oscillatory excitations, a quadrupole magnetic field time oscillatory is superimposed to the trapping potential. Through this perturbation, collective modes were observed. The dipole mode is excited even for low excitation amplitudes. However, a minimum excitation energy is needed to excite the condensate quadrupole mode. Observing the excited cloud in TOF expansion, we note that for excitation amplitude in which the quadrupole mode is excited, the cloud expands without invert its aspect ratio. By looking these clouds, after long time-of-flight, it was possible to see vortices and, sometimes, a turbulent state in the condensed cloud. We calculated the momentum distribution of the perturbed BECs and a power law behavior, like the law to Kolmogorov turbulence, was observed. Furthermore, we show that using the method that we have developed to calculate the momentum distribution, the distribution curve (including the power law exponent) exhibits a dependence on the quadrupole mode oscillation of the cloud. The randomness distribution of peaks and depletions in density distribution image of an expanded turbulent BEC, remind us to the intensity profile of a speckle light beam. The analogy between matter-wave speckle and light speckle is justified by showing the similarities in the spatial propagation (or time expansion) of the waves. In addition, the second order correlation function is evaluated and the same dependence with distance was observed for the both waves. This creates the possibility to understand the properties of quantum matter in a disordered state. The propagation of a three-dimensional speckle field (as the matter-wave speckle described here) creates an opportunity to investigate the speckle phenomenon existing in dimensions higher than 2D (the case of light speckle).

Equações de quarta ordem na modelagem de oscilações de pontes

Equações diferenciais de quarta ordem aparecem naturalmente na modelagem de oscilações de estruturas elásticas, como aquelas observadas em pontes pênseis. São considerados dois modelos que descrevem as oscilações no tabuleiro de uma ponte. No modelo unidimensional estudamos blow up em espaço finito de soluções de uma classe de equações diferenciais de quarta ordem. Os resultados apresentados solucionam uma conjectura apresentada em [F. Gazzola and R. Pavani. Wide oscillation finite time blow up for solutions to nonlinear fourth order differential equations. Arch. Ration. Mech. Anal., 207(2):717752, 2013] e implicam a não existência de ondas viajantes com baixa velocidade de propagação em uma viga. No modelo bidimensional analisamos uma equação não local para uma placa longa e fina, suportada nas extremidades menores, livre nas demais e sujeita a protensão. Provamos existência e unicidade de solução fraca e estudamos o seu comportamento assintótico sob amortecimento viscoso. Estudamos ainda a estabilidade de modos simples de oscilação, os quais são classificados como longitudinais ou torcionais.