Solitons of two-component Bose-Einstein condensates modulated in space and time

In this Letter we present soliton solutions of two coupled nonlinear Schrodinger equations modulated in space and time. The approach allows us to obtain solitons for a large variety of solutions depending on the nonlinearity and potential profiles. As examples we show three cases with soliton solutions: a solution for the case of a potential changing from repulsive to attractive behavior, and the other two solutions corresponding to localized and delocalized nonlinearity terms, respectively. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Generation of Vortices and Observation of Quantum Turbulence in an Oscillating Bose-Einstein Condensate

We report on the experimental observation of vortex formation and production of tangled vortex distribution in an atomic BEC of (87)Rb atoms submitted to an external oscillatory perturbation. The oscillatory perturbations start by exciting quadrupolar and scissors modes of the condensate. Then regular vortices are observed finally evolving to a vortex tangle configuration. The vortex tangle is a signature of the presence of a turbulent regime in the cloud. We also show that this turbulent cloud has suppression of the aspect ratio inversion typically observed in quantum degenerate bosonic gases during free expansion.

Finite temperature correction to the Thomas-Fermi approximation for a Bose-Einstein condensate: comparison between theory and experiment

We observe experimentally a deviation of the radius of a Bose-Einstein condensate from the standard Thomas-Fermi prediction, after free expansion, as a function of temperature. A modified Hartree-Fock model is used to explain the observations, mainly based on the influence of the thermal cloud on the condensate cloud.

Route to turbulence in a trapped Bose-Einstein condensate

We have studied a Bose-Einstein condensate of (87)Rb atoms under an oscillatory excitation. For a fixed frequency of excitation, we have explored how the values of amplitude and time of excitation must be combined in order to produce quantum turbulence in the condensate. Depending on the combination of these parameters different behaviors are observed in the sample. For the lowest values of time and amplitude of excitation, we observe a bending of the main axis of the cloud. Increasing the amplitude of excitation we observe an increasing number of vortices. The vortex state can evolve into the turbulent regime if the parameters of excitation are driven up to a certain set of combinations. If the value of the parameters of these combinations is exceeded, all vorticity disappears and the condensate enters into a different regime which we have identified as the granular phase. Our results are summarized in a diagram of amplitude versus time of excitation in which the different structures can be identified. We also present numerical simulations of the Gross-Pitaevskii equation which support our observations. (C) 2011 by Astro Ltd. Published exclusively by WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Dynamics of Bose-Einstein condensates in double-well potentials

We study the dynamics of Bose-Einstein condensates in symmetric double-well potentials following a sudden change of the potential from the Mott-insulator to the superfluid regime. We introduce a continuum approximation that maps that problem onto the wave-packet dynamics of a particle in an anharmonic effective potential. For repulsive two-body interactions the visibility of interference fringes that result from the superposition of the two condensates following a stage of ballistic expansion exhibits a collapse of coherent oscillations onto a background value whose magnitude depends on the amount of squeezing of the initial state. Strong attractive interactions are found to stabilize the relative number dynamics. We visualize the dynamics of the system in phase space using a quasiprobability distribution that allows for an intuitive interpretation of the various types of dynamics.

Bifurcations and bistability in cavity-assisted photoassociation of Bose-Einstein-condensed molecules

We study the photoassociation of Bose-Einstein condensed atoms into molecules using an optical cavity field. The driven cavity field introduces a dynamical degree of freedom into the photoassociation process, whose role in determining the stationary behavior has not previously been considered. The semiclassical stationary solutions for the atom and molecules as well as the intracavity field are found and their stability and scaling properties are determined in terms of experimentally controllable parameters including driving amplitude of the cavity and the nonlinear interactions between atoms and molecules. For weak cavity driving, we find a bifurcation in the atom and molecule number occurs that signals a transition from a stable steady state to nonlinear Rabi oscillations. For a strongly driven cavity, there exists bistability in the atom and molecule number.

Quantum control of electromagnetically induced transparency dispersion via atomic tunneling in a double-well Bose-Einstein condensate

Electromagnetically induced transparency (EIT) is an important tool for controlling light propagation and nonlinear wave mixing in atomic gases with potential applications ranging from quantum computing to table top tests of general relativity. Here we consider EIT in an atomic Bose-Einstein condensate (BEC) trapped in a double-well potential. A weak probe laser propagates through one of the wells and interacts with atoms in a three-level Lambda configuration. The well through which the probe propagates is dressed by a strong control laser with Rabi frequency Omega(mu), as in standard EIT systems. Tunneling between the wells at the frequency g provides a coherent coupling between identical electronic states in the two wells, which leads to the formation of interwell dressed states. The macroscopic interwell coherence of the BEC wave function results in the formation of two ultranarrow absorption resonances for the probe field that are inside of the ordinary EIT transparency window. We show that these new resonances can be interpreted in terms of the interwell dressed states and the formation of a type of dark state involving the control laser and the interwell tunneling. To either side of these ultranarrow resonances there is normal dispersion with very large slope controlled by g. We discuss prospects for observing these ultranarrow resonances and the corresponding regions of high dispersion experimentally.

Um modelo de antecedentes para a cocriação de valores em serviços de geriatria na cidade de São Paulo: uma aplicação da modelagem de equações estruturais

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Administração da Universidade Municipal de são Caetano do Sul

Métodos numéricos para a integração das equações da cinética pontual de um reator nuclear

As equações da cinétiica pontual de um reator nuclear térmico são integradas numericamente, utilizando um método matricial de continuação analitica. Essas equações são essencialmente não-negativas e possuem um autovalor dominante vinculado à reatividade do sistema. Também, descrevem-se os métodos de Hansen e Porsching.

Análise e simulação de um sistema de equações químicas do tipo difusão-reação

Neste trabalho estudamos um sistema de equações diferenciais parabólicas que modelam um processo de difusão-reação em duas dimensões da mistura molecular e reação química irreverssível de um só passo entre duas espécies químicas A e B para formar um produto P. Apresentamos resultados analíticos e computacionais relacionados à existência e unicidade da solução, assim como estimativas do erro local e global utilizando elementos finitos. Para os resultados analíticos usamos a teoria de semigrupos e o principio do m´aximo, e a simulação numérica é feita usando diferenças finitas centrais e o esquema simplificado de Ruge-Kutta. As estimativas do erro local para o problema semi-discretizado são estabelecidas usando normas de Sobolev, e para estimar o erro global usamos shadowing finito a posteriori. Os resultados computacionais obtidos mostram que o comportamento da solução está dentro do esperado e concorda com resultados da referências. Assim mesmo as estimativas do erro local e global são obtidas para pequenos intervalos de tempo e assumindo suficiente regularidade sobre a velocidade do fluído no qual realiza-se o processo. Destacamos que a estimativa do erro global usando shadowing finito é obtida sob hipóteses a posteriori sobre o operador do problema e o forte controle da velocidade numa vizinhança suficientemente pequena.

Solução de equações intervalares

Este trabalho trata do tipo de dado intervalar e da importância da especificação de uma semântica para garantir a correção e a interpretação coerente de resultados gerados, tais como de soluções de equações envolvendo este tipo de dado. Para tanto, realiza um estudo comparativo das semânticas de envoltória intervalar de reais e de número-intervalo, procurando identificar a influência de cada uma sobre definições fundamentais, tais como as das operações aritméticas e a do tipo de solução encontrado. Uma vez caracterizadas as semânticas associadas ao tipo de dado intervalar, o trabalho apresenta resultados que permitem mapear algebricamente a operação de multiplicação de números-intervalo tanto na representação de extremo inferior e extremo superior como na representação por ponto médio e diâmetro. Com base nesses resultados apresenta os mapeamentos das expressões algébricas que definem as potências positivas inteiras tanto para a semântica de número-intervalo como para a de envoltória de reais. Conjugando os resultados obtidos com a semântica de número-intervalo, o trabalho apresenta procedimentos algorítmicos para a determinação de dois tipos de soluções de equações intervalares: solução própria, a obtida diretamente a partir da relação de igualdade estrutural algébrica entre intervalos, e envoltória intervalar de soluções reais, normalmente referenciada como a solução intervalar usual. Exemplos são apresentados para a validação dos procedimentos, bem como para a discussão do significado de cada tipo de solução sob o enfoque semântico.

Cálculo da complexidade exata de algoritmos do tipo divisão-e-conquista através das equações características

A equação de complexidade de um algoritmo pode ser expressa em termos de uma equação de recorrência. A partir destas equações obtém-se uma expressão assintótica para a complexidade, provada por indução. Neste trabalho, propõem-se um esquema de solução de equações de recorrência usando equações características que são resolvidas através de um "software" de computação simbólica, resultando em uma expressão algébrica exata para a complexidade. O objetivo é obter uma forma geral de calcular a complexidade de um algoritmo desenvolvido pelo método Divisão-e-Conquista.

Solução de sistemas de equações algébrico-diferenciais ordinárias de índice superior

A modelagem matemática de problemas importantes e significativos da engenharia, física e ciências sociais pode ser formulada por um conjunto misto de equações diferenciais e algébricas (EADs). Este conjunto misto de equações deve ser previamente caracterizado quanto a resolubilidade, índice diferencial e condições iniciais, para que seja possível utilizar um código computacional para resolvê-lo numericamente. Sabendo-se que o índice diferencial é o parâmetro mais importante para caracterizar um sistema de EADs, neste trabalho aplica-se a redução de índice através da teoria de grafos, proposta por Pantelides (1988). Este processo de redução de índice é realizado numericamente através do algoritmo DAGRAFO, que transforma um sistema de índice superior para um sistema reduzido de índice 0 ou 1. Após esta etapa é necessário fornecer um conjunto de condições inicias consistentes para iniciar o código numérico de integração, DASSLC. No presente trabalho discute-se três técnicas para a inicialização consistente e integração numérica de sistemas de EADs de índice superior. A primeira técnica trabalha exclusivamente com o sistema reduzido, a segunda com o sistema reduzido e as restrições adicionais que surgem após a redução do índice introduzindo variáveis de restrição, e a terceira técnica trabalha com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição. Após vários testes, conclui-se que a primeira e terceira técnica podem gerar um conjunto solução mesmo quando recebem condições iniciais inconsistentes. Para a primeira técnica, esta característica decorre do fato que no sistema reduzido algumas restrições, muitas vezes com significado físico importante, podem ser perdidas quando as equações algébricas são diferenciadas. Trabalhando com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição, o erro da inicialização é absorvido pelas variáveis de restrição, mascarando a precisão do código numérico. A segunda técnica adotada não tem como absorver os erros da inicialização pelas variáveis de restrição, desta forma, quando as restrições adicionais não são satisfeitas, não é gerada solução alguma. Entretanto, ao aplicar condições iniciais consistentes para todas as técnicas, conclui-se que o sistema reduzido com as derivadas das variáveis restrição é o método mais conveniente, pois apresenta melhor desempenho computacional, inclusive quando a matriz jacobiana do sistema apresenta problema de mau condicionamento, e garante que todas as restrições que compõem o sistema original estejam presentes no sistema reduzido.

Derivação e solução de equações modelo da dinâmica de gases rarefeitos

Neste trabalho, duas equações modedlo na área da dinâmica de gases rarefeitos, são derivadas a partir de algumas soluções exatas da equação linearizada de Boltzmann homogênea e não homogênea. Em adição, uma versão analítca do método de ordenadas discretas é usado para resolver problemas clássicos nesta área, descritos pelo "Modelo S". Resultados numéricos são apresentados para os problemas de fluxo de Couette, fluxo de Poiseuille, "Creep" Térmico, Deslizamento Térmico e problema de Kramers.

Estimativas do erro nas aproximações de Galerkin para as equações de Navier-Stokes

Neste trabalho são provadas algumas estimativas de erro em espaços para as aproximações de Galerkin para a solução do sistema de equações de Navier-Stokes. Mostra-se que o erro decresce em proporção inversa aos autovalores do operador de Stokes.