Geometric Algebra and Einstein’s Electron

This thesis entitled Geometric algebra and einsteins electron: Deterministic field theories .The work in this thesis clarifies an important part of Koga’s theory.Koga also developed a theory of the electron incorporating its gravitational field, using his substitutes for Einstein’s equation.The third chapter deals with the application of geometric algebra to Koga’s approach of the Dirac equation. In chapter 4 we study some aspects of the work of mendel sachs (35,36,37,).Sachs stated aim is to show how quantum mechanics is a limiting case of a general relativistic unified field theory.Chapter 5 contains a critical study and comparison of the work of Koga and Sachs. In particular, we conclude that the incorporation of Mach’s principle is not necessary in Sachs’s treatment of the Dirac equation.

Studies on gaussian effective potentials in some models

In classical field theory, the ordinary potential V is an energy density for that state in which the field assumes the value ¢. In quantum field theory, the effective potential is the expectation value of the energy density for which the expectation value of the field is ¢o. As a result, if V has several local minima, it is only the absolute minimum that corresponds to the true ground state of the theory. Perturbation theory remains to this day the main analytical tool in the study of Quantum Field Theory. However, since perturbation theory is unable to uncover the whole rich structure of Quantum Field Theory, it is desirable to have some method which, on one hand, must go beyond both perturbation theory and classical approximation in the points where these fail, and at that time, be sufficiently simple that analytical calculations could be performed in its framework During the last decade a nonperturbative variational method called Gaussian effective potential, has been discussed widely together with several applications. This concept was described as a means of formalizing our intuitive understanding of zero-point fluctuation effects in quantum mechanics in a way that carries over directly to field theory.

Physik der Elektronen in Nanostrukturen und niedrigdimensionalen Systemen - Studie zweier Beispiele

Als Beispiele für die vielfältigen Phänomene der Physik der Elektronen in niedrigdimensionalen Systemen wurden in dieser Arbeit das Cu(110)(2x1)O-Adsorbatsystem und die violette Li0.9Mo6O17-Bronze untersucht. Das Adsorbatsystem bildet selbstorganisierte quasi-eindimensionale Nanostrukturen auf einer Kupferoberfläche. Die Li-Bronze ist ein Material, das aufgrund seiner Kristallstruktur quasi-eindimensionale elektronische Eigenschaften im Volumen aufweist. Auf der Cu(110)(2x1)O-Oberfläche kann durch Variation der Sauerstoffbedeckung die Größe der streifenartigen CuO-Domänen geändert werden und damit der Übergang von zwei Dimensionen auf eine Dimension untersucht werden. Der Einfluss der Dimensionalität wurde anhand eines unbesetzten elektronischen Oberflächenzustandes studiert. Dessen Energieposition (untere Bandkante) verschiebt mit zunehmender Einschränkung (schmalere CuO-Streifen) zu größeren Energien hin. Dies ist ein bekannter quantenmechanischer Effekt und relativ gut verstanden. Zusätzlich wurde die Lebensdauer des Zustandes auf der voll bedeckten Oberfläche (zwei Dimensionen) ermittelt und deren Veränderung mit der Breite der CuO-Streifen untersucht. Es zeigt sich, dass die Lebensdauer auf schmaleren CuO-Streifen drastisch abnimmt. Dieses Ergebnis ist neu. Es kann im Rahmen eines Fabry-Perot-Modells als Streuung in Zustände außerhalb der CuO-Streifen verstanden werden. Außer den gerade beschriebenen Effekten war es möglich die Ladungsdichte des diskutierten Zustandes orts- und energieabhängig auf den CuO-Streifen zu studieren. Die Li0.9Mo6O17-Bronze wurde im Hinblick auf das Verhalten der elektronischen Zustandsdichte an der Fermikante untersucht. Diese Fragestellung ist besonders wegen der Quasieindimensionalität des Materials interessant. Die Messungen von STS-Spektren in der Nähe der Fermienergie zeigen, dass die Elektronen in der Li0.9Mo6O17-Bronze eine sogenannte Luttingerflüssigkeit ausbilden, die anstatt einer Fermiflüssigkeit in eindimensionalen elektronischen Systemen erwartet wird. Bisher wurde Luttingerflüssigkeitsverhalten erst bei wenigen Materialien und Systemen experimentell nachgewiesen, obschon die theoretischen Voraussagen mehr als 30 Jahre zurückliegen. Ein Charakteristikum einer Luttingerflüssigkeit ist die Abnahme der Zustandsdichte an der Fermienergie mit einem Potenzgesetz. Dieses Verhalten wurde in STS-Spektren dieser Arbeit beobachtet und quantitativ im Rahmen eines Luttingerflüssigkeitsmodells beschrieben. Auch die Temperaturabhängigkeit des Phänomens im Bereich von 5K bis 55K ist konsistent mit der Beschreibung durch eine Luttingerflüssigkeit. Generell zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Dimensionalität, insbesondere deren Einschränkung, einen deutlichen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Systemen und Materialien haben kann.

One- and two-center energy components in the atoms in molecules theory

The energy decomposition scheme proposed in a recent paper has been realized by performing numerical integrations. The sample calculations carried out for some simple molecules show excellent agreement with the chemical picture of molecules, indicating that such an energy decomposition analysis can be useful from the point of view of connecting quantum mechanics with the genuine chemical concepts

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

Development, implementation and application of electronic structural descriptors to the analysis of the chemical bonding, aromaticity and chemical reactivity

En la literatura sobre mecànica quàntica és freqüent trobar descriptors basats en la densitat de parells o la densitat electrònica, amb un èxit divers segons les aplicacions que atenyin. Per tal de que tingui sentit químic un descriptor ha de donar la definició d'un àtom en una molècula, o ésser capaç d'identificar regions de l'espai molecular associades amb algun concepte químic (com pot ser un parell solitari o zona d'enllaç, entre d'altres). En aquesta línia, s'han proposat diversos esquemes de partició: la teoria d'àtoms en molècules (AIM), la funció de localització electrònica (ELF), les cel·les de Voroni, els àtoms de Hirshfeld, els àtoms difusos, etc. L'objectiu d'aquesta tesi és explorar descriptors de la densitat basats en particions de l'espai molecular del tipus AIM, ELF o àtoms difusos, analitzar els descriptors existents amb diferents nivells de teoria, proposar nous descriptors d'aromaticitat, així com estudiar l'habilitat de totes aquestes eines per discernir entre diferents mecanismes de reacció.

Notations and conventions in molecular spectroscopy: part 1. General spectroscopic notation

The field of Molecular Spectroscopy was surveyed in order to determine a set of conventions and symbols which are in common use in the spectroscopic literature. This document, which is Part I in a series, establishes the notations and conventions used for general spectroscopic notations and deals with quantum mechanics, quantum numbers (vibrational states, angular momentum and energy levels), spectroscopic transitions, and miscellaneous notations (e.g. spectroscopic terms). Further parts will follow, dealing inter alia with symmetry notation, permutation and permutation-inversion symmetry notation, vibration-rotation spectroscopy and electronic spectroscopy.

Synthesis and Biological Evaluation of New Ozonides with Improved Plant Growth Regulatory Activity

The iron oxyallyl carbocation generated from 2,7-dibromocycloheptanone was induced to undergo [4 + 3] cycloaddition reactions with various furans, affording a series of 12-oxatricyclo-[4.4.1.1(2,5)]-dodec-3-en-11-one adducts. Similar methodology was used to prepare two additional cycloadducts using menthofuran and two homologous aliphatic dibromoketones. Dipolar cycloaddition of ozone to the adducts afforded the corresponding secondary ozonides (i.e., 1,2,4-trioxolanes) in variable yields. Ozonides were investigated by quantum mechanics at the B3LYP/6-31+G* level to study structural features including close contacts which may be responsible for enhancing ozonide stability. The effect of these ozonides and their corresponding precursor cycloadducts upon radicle growth of both Sorghum bicolor and Cucumis sativus was evaluated at 5.0 x 10(-4) mol L-1. The most active cycloadducts and ozonides were also evaluated against the weed species Ipomoea grandifolia and Brachiaria decumbens, and the results are discussed. Compared to ozonides previously synthesized in our laboratory, the new ozonides described herein present improved plant growth regulatory activity.

Separation of lanthanides and actinides(III) using tridentate benzimidazole, benzoxazole and benzothiazole ligands

The ability of new hydrophobic tridentate ligands based on 2,6-bis(benziinidazol-2-yl)pyridine, 2,6-bis(benzoxazol-2-yl)pyridine and 2,6-bis(benzothiazol-2-yl)pyridine to selectively extract americium(III) from europium(III) was measured. The most promising ligand-2,6-bis(benzoxazol-2-yl)-4-(2-decyl-1-tetradecyloxy)pyridine L-9 was found to give separation factors (SFAm/Eu) of up to 70 when used to extract cations from 0.02-0.10 M HNO3 into TPH in synergy with 2-bromodecanoic acid. Six structures of lanthanide complexes with 2,6-bis(benzoxazol-2-yl)pyridine L-6 were then determined to evaluate the types of species that are likely to be involved in the separation process. Three structural types were observed, namely [LnL(6)(NO3)(3)(H2O)2], 11-coordinate only for La, [LnL(6) (NO3)(3) (CH3CN)], 10-coordinate for Pr, Nd and Eu and [LnL(6) (NO3)(3)(H2O)], L 10-coordinate for Eu and Gd. Quantum Mechanics calculations were carried out on the tridentate ligands to elucidate the conformational preferences of the ligands in the free state and protonated and diprotonated forms and to assess the electronic properties of the ligands for comparison with other terdentate ligands used in lanthanide/actinide separation processes.

Operator Theory and Its Applications: In Memory of V. B. Lidskii (1924-2008)

This book is a collection of articles devoted to the theory of linear operators in Hilbert spaces and its applications. The subjects covered range from the abstract theory of Toeplitz operators to the analysis of very specific differential operators arising in quantum mechanics, electromagnetism, and the theory of elasticity; the stability of numerical methods is also discussed. Many of the articles deal with spectral problems for not necessarily selfadjoint operators. Some of the articles are surveys outlining the current state of the subject and presenting open problems.

Computer simulations of structures, energetics and dynamics of myoglobin center dot center dot center dot ligand complexes

Myoglobin has been studied in considerable detail using different experimental and computational techniques over the past decades. Recent developments in time-resolved spectroscopy have provided experimental data amenable to detailed atomistic simulations. The main theme of the present review are results on the structures, energetics and dynamics of ligands ( CO, NO) interacting with myoglobin from computer simulations. Modern computational methods including free energy simulations, mixed quantum mechanics/molecular mechanics simulations, and reactive molecular dynamics simulations provide insight into the dynamics of ligand dynamics in confined spaces complementary to experiment. Application of these methods to calculate and understand experimental observations for myoglobin interacting with CO and NO are presented and discussed.

Hamiltonian geophysical fluid dynamics

Hamiltonian dynamics describes the evolution of conservative physical systems. Originally developed as a generalization of Newtonian mechanics, describing gravitationally driven motion from the simple pendulum to celestial mechanics, it also applies to such diverse areas of physics as quantum mechanics, quantum field theory, statistical mechanics, electromagnetism, and optics – in short, to any physical system for which dissipation is negligible. Dynamical meteorology consists of the fundamental laws of physics, including Newton’s second law. For many purposes, diabatic and viscous processes can be neglected and the equations are then conservative. (For example, in idealized modeling studies, dissipation is often only present for numerical reasons and is kept as small as possible.) In such cases dynamical meteorology obeys Hamiltonian dynamics. Even when nonconservative processes are not negligible, it often turns out that separate analysis of the conservative dynamics, which fully describes the nonlinear interactions, is essential for an understanding of the complete system, and the Hamiltonian description can play a useful role in this respect. Energy budgets and momentum transfer by waves are but two examples.

Continuum, Discrete, and Explicit Solvation Models for Describing the Low-Lying Absorption Spectrum of the Pterin Acid in Aqueous Environment

The absorption spectrum of the acid form of pterin in water was investigated theoretically. Different procedures using continuum, discrete, and explicit models were used to include the solvation effect on the absorption spectrum, characterized by two bands. The discrete and explicit models used Monte Carlo simulation to generate the liquid structure and time-dependent density functional theory (B3LYP/6-31G+(d)) to obtain the excitation energies. The discrete model failed to give the correct qualitative effect on the second absorption band. The continuum model, in turn, has given a correct qualitative picture and a semiquantitative description. The explicit use of 29 solvent molecules, forming a hydration shell of 6 angstrom, embedded in the electrostatic field of the remaining solvent molecules, gives absorption transitions at 3.67 and 4.59 eV in excellent agreement with the S(0)-S(1) and S(0)-S(2) absorption bands at of 3.66 and 4.59 eV, respectively, that characterize the experimental spectrum of pterin in water environment. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem 110: 2371-2377, 2010

Excited state electronic polarization and reappraisal of the n <- pi* emission of acetone in water

Electronic polarization of the acetone molecule in the excited n -> pi* state is considered and its influence on the solvent shift in the emission spectrum is analyzed. Using an iterative procedure the electronic polarizations of both the ground and the excited states are included and compared with previous results obtained with Car-Parrinello dynamics. Analysis of the emission transition obtained using CIS(D)/aug-cc-pVDZ on statistically uncorrelated solute-solvent structures, composed of acetone and twelve explicit water molecules embedded in the electrostatic field of remaining 263 water molecules, corroborates that the solvent effect is mild, calculated here between 80 and 380 cm (1). (c) 2010 Published by Elsevier B.V.