A General Solution of the Fokker-Planck Equation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Protein-Ion Binding Process on Finite Macromolecular Concentration. A Poisson-Boltzmann and Monte Carlo Study

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Black soliton in a quasi-one-dimensional trapped fermion-fermion mixture

Employing a time dependent mean-field-hydrodynamic model we study the generation of black solitons in a degenerate fermion-fermion mixture in a cigar-shaped geometry using variational and numerical solutions. The black soliton is found to be the first stationary vibrational excitation of the system and is considered to be a nonlinear continuation of the vibrational excitation of the harmonic oscillator state. We illustrate the stationary nature of the black soliton, by studying different perturbations on it after its formation.

Bound states of attractive Bose-Einstein condensates in shallow traps in two and three dimensions

Using variational and numerical solutions of the mean-field Gross-Pitaevskii equation for attractive interaction (with cubic or Kerr nonlinearity), we show that a stable bound state can appear in a Bose-Einstein condensate (BEC) in a localized exponentially screened radially symmetric harmonic potential well in two and three dimensions. We also consider an axially symmetric configuration with zero axial trap and a exponentially screened radial trap so that the resulting bound state can freely move along the axial direction like a soliton. The binding of the present states in shallow wells is mostly due to the nonlinear interaction with the trap playing a minor role. Hence, these BEC states are more suitable to study the effect of the nonlinear force on the dynamics. We illustrate the highly nonlinear nature of breathing oscillations of these states. Such bound states could be created in BECs and studied in the laboratory with present knowhow.

Finite-well potential in the 3D nonlinear Schrodinger equation: application to Bose-Einstein condensation

Using variational and numerical solutions we show that stationary negative-energy localized (normalizable) bound states can appear in the three-dimensional nonlinear Schrodinger equation with a finite square-well potential for a range of nonlinearity parameters. Below a critical attractive nonlinearity, the system becomes unstable and experiences collapse. Above a limiting repulsive nonlinearity, the system becomes highly repulsive and cannot be bound. The system also allows nonnormalizable states of infinite norm at positive energies in the continuum. The normalizable negative-energy bound states could be created in BECs and studied in the laboratory with present knowhow.

On the extended applications of Homogenous Balance Method

In this paper, we study the travelling wave reductions for certain (2 + 1)- and (3 + 1)-dimensional physically important nonlinear evolutionary equations by using the recently proposed Homogenous Balance Method (HBM). Through this analysis we explore certain new solutions for the equations we have studied. (C) 2001 Published by Elsevier B.V.

Stabilization of bright solitons and vortex solitons in a trapless three-dimensional Bose-Einstein condensate by temporal modulation of the scattering length

Using variational and numerical solutions of the mean-field Gross-Pitaevskii equation we show that a bright soliton can be stabilized in a trapless three-dimensional attractive Bose-Einstein condensate (BEC) by a rapid periodic temporal modulation of scattering length alone by using a Feshbach resonance. This scheme also stabilizes a rotating vortex soliton in two dimensions. Apart from possible experimental application in BEC, the present study suggests that the spatiotemporal solitons of nonlinear optics in three dimensions can also be stabilized in a layered Kerr medium with sign-changing nonlinearity along the propagation direction.

Miscibility in a degenerate fermionic mixture induced by linear coupling

We consider a one-dimensional mean-field-hydrodynamic model of a two-component degenerate Fermi gas in an external trap, each component representing a spin state of the same atom. We demonstrate that the interconversion between them (linear coupling), imposed by a resonant electromagnetic wave, transforms the immiscible binary gas into a miscible state, if the coupling constant, kappa, exceeds a critical value, kappa(cr). The effect is predicted in a variational approximation, and confirmed by numerical solutions. Unlike the recently studied model of a binary Bose-Einsten condensate with the linear coupling, the components in the immiscible phase of the binary fermion mixture never fill two separated domains with a wall between them, but rather form antilocked (pi-phase-shifted) density waves. Another difference from the bosonic mixture is spontaneous breaking of symmetry between the two components in terms of the numbers of atoms in them, N(1) and N(2). The latter effect is characterized by the parameter nu equivalent to(N(1)-N(2))/(N(1)+N(2)) (only N(1)+N(2) is a conserved quantity), the onset of miscibility at kappa >=kappa(cr) meaning a transition to nu equivalent to 0. At kappa -potential difference between the two components. The relation between the imbalance in the spin population, induced by the linear coupling, and the developing spatial structure resembles the known Larkin-Ovchinnikov-Fulde-Ferrell states in the Fermi mixture. Dynamical states, when kappa is suddenly switched from zero to a value exceeding kappa(cr), are considered too. In the latter case, the system features oscillatory relaxation to the mixed state.

NONLEPTONIC ANNIHILATION DECAYS of B MESON WITH A NATURAL INFRARED CUTOFF

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

On non-ideal and non-linear portal frame dynamics analysis using Bogoliubov averaging method

We apply the Bogoliubov Averaging Method to the study of the vibrations of an elastic foundation, forced by a Non-ideal energy source. The considered model consists of a portal plane frame with quadratic nonlinearities, with internal resonance 1:2, supporting a direct current motor with limited power. The non-ideal excitation is in primary resonance in the order of one-half with the second mode frequency. The results of the averaging method, plotted in time evolution curve and phase diagrams are compared to those obtained by numerically integrating of the original differential equations. The presence of the saturation phenomenon is verified by analytical procedures.

Nebular gas drag and planetary accretion with eccentric high-mass planets

Aims.We investigate the dynamics of pebbles immersed in a gas disk interacting with a planet on an eccentric orbit. The model has a prescribed gap in the disk around the location of the planetary orbit, as is expected for a giant planet with a mass in the range of 0.1-1 Jupiter masses. The pebbles with sizes in the range of 1 cm to 3 m are placed in a ring outside of the giant planet orbit at distances between 10 and 30 planetary Hill radii. The process of the accumulation of pebbles closer to the gap edge, its possible implication for the planetary accretion, and the importance of the mass and the eccentricity of the planet in this process are the motivations behind the present contribution. Methods. We used the Bulirsch-Stoer numerical algorithm, which is computationally consistent for close approaches, to integrate the Newtonian equations of the planar (2D), elliptical restricted three-body problem. The angular velocity of the gas disk was determined by the appropriate balance between the gravity, centrifugal, and pressure forces, such that it is sub-Keplerian in regions with a negative radial pressure gradient and super-Keplerian where the radial pressure gradient is positive. Results. The results show that there are no trappings in the 1:1 resonance around the L 4 and L5 Lagrangian points for very low planetary eccentricities (e2 < 0.07). The trappings in exterior resonances, in the majority of cases, are because the angular velocity of the disk is super-Keplerian in the gap disk outside of the planetary orbit and because the inward drift is stopped. Furthermore, the semi-major axis location of such trappings depends on the gas pressure profile of the gap (depth) and is a = 1.2 for a planet of 1 MJ. A planet on an eccentric orbit interacts with the pebble layer formed by these resonances. Collisions occur and become important for planetary eccentricity near the present value of Jupiter (e 2 = 0.05). The maximum rate of the collisions onto a planet of 0.1 MJ occurs when the pebble size is 37.5 cm ≤ s < 75 cm; for a planet with the mass of Jupiter, it is15 cm ≤ s < 30 cm. The accretion stops when the pebble size is less than 2 cm and the gas drag dominates the motion. © 2013 ESO.

Pertubações orbitais devidas a maré terrestre

Pós-graduação em Física - FEG

Solução híbrida da equação de advecção-dispersão em meios porosos

Este trabalho consiste na solução híbrida da Equação de Advecção-dispersão de solutos unidimensional em meios porosos homogêneos ou heterogêneos, para um único componente, com coeficientes de retardo, dispersão, velocidade média, decaimento e produção dependentes da distância percorrida pelo soluto. Serão estudados os casos de dispersão-advecção em que o retardamento, dispersão, velocidade do fluxo, decaimento e produção variem de forma linear enquanto a dispersividade assuma os modelos linear, parabólico ou exponencial. Para a solução da equação foi aplicada a Técnica da Transformada Integral Generalizada. Os resultados obtidos nesta dissertação demonstram boa concordância entre os problemas-exemplo e suas soluções numéricas ou analíticas contidas na literatura e apontam uma melhor adequação no uso de modelos parabólico no estudo da advecção-dispersão em curto intervalo de tempo, enquanto que o modelo linear converge mais rapidamente em tempos prolongados de simulação. A convergência da série mostrou-se ter dependência direta quanto ao comprimento do domínio, ao modelo de dispersão e da dispersividade adotada, convergindo com até 60 termos, podendo chegar a NT = 170, para os casos heterogêneos, utilizando o modelo de dispersão exponencial, respeitando o critério adotado de 10^-4.

Modelagem numérica da influência do eletrojato equatorial em dados magnetotelúricos produzidos por estruturas tridimensionais

A América do Sul apresenta várias peculiaridades geomagnéticas, uma delas, é a presença do Eletrojato Equatorial, o qual se estende de leste para oeste no Brasil ao longo de aproximadamente 3500 km. Considerando-se o fato de que a influência do Eletrojato Equatorial pode ser detectada a grandes distâncias do seu centro, isto suscita o interesse em se estudar os seus efeitos na exploração magnetotelúrica no Brasil. A influência do eletrojato equatorial na prospecção magnetotelúrica tem sido modelada para meios geológicos uni e bidimensionais valendo-se para isto de soluções analíticas fechadas e de técnicas numéricas tais como elementos finitos e diferenças finitas. Em relação aos meios geológicos tridimensionais, eles tem sido modelados na forma de "camadas finas", usando o algoritmo "thin sheet". As fontes indutoras utilizadas para simular o eletrojato equatorial nestes trabalhos, tem sido linhas de corrente, eletrojatos gaussianos e eletrojatos ondulantes. Por outro lado, o objetivo principal da nossa tese foi o modelamento dos efeitos que o eletrojato equatorial provoca em estruturas tridimensionais próprias da geofísica da prospecção. Com tal finalidade, utilizamos o esquema numérico da equação integral, com as fontes indutoras antes mencionadas. De maneira similar aos trabalhos anteriores, os nossos resultados mostram que a influência do eletrojato equatorial somente acontece em frequências menores que 10^-1 Hz. Este efeito decresce com a distância, mantendo-se até uns 3000 km do centro do eletrojato. Assim sendo, a presença de grandes picos nos perfis da resistividade aparente de um semi-espaço homogêneo, indica que a influência do eletrojato é notável neste tipo de meio. Estes picos se mostram com diferente magnitude para cada eletrojato simulado, sendo que a sua localização também muda de um eletrojato para outro. Entretanto, quando se utilizam modelos geo-elétricos unidimensionais mais de acordo com a realidade, tais como os meios estratificados, percebe-se que a resposta dos eletrojatos se amortece significativamente e não mostra muitas diferenças entre os diferentes tipos de eletrojato. Isto acontece por causa da dissipação da energia eletromagnética devido à presença da estratificação e de camadas condutivas. Dentro do intervalo de 3000 km, a resposta eletromagnética tridimensional pode ser deslocada para cima ou para baixo da resposta da onda plana, dependendo da localização do corpo, da frequência, do tipo de eletrojato e do meio geológico. Quando a resposta aparece deslocada para cima, existe um afastamento entre as sondagens uni e tridimensionais devidas ao eletrojato, assim como um alargamento da anomalia dos perfis que registra a presença da heterogeneidade tridimensional. Quando a resposta aparece deslocada para baixo, no entanto, há uma aproximação entre estes dois tipos de sondagens e um estreitamento da anomalia dos perfis. Por outro lado, a fase se mostra geralmente, de uma forma invertida em relação à resistividade aparente. Isto significa que quando uma sobe a outra desce, e vice-versa. Da mesma forma, comumente nas altas frequências as respostas uni e tridimensionais aparecem deslocadas, enquanto que nas baixas frequências se mostram com os mesmos valores, com exceção dos eletrojatos ondulantes com parâmetros de ondulação α = —2 e —3. Nossos resultados também mostram que características geométricas próprias das estruturas tridimensionais, tais como sua orientação em relação à direção do eletrojato e a dimensão da sua direção principal, afetam a resposta devido ao eletrojato em comparação com os resultados da onda plana. Desta forma, quando a estrutura tridimensional é rotacionada de 90°, em relação à direção do eletrojato e em torno do eixo z, existe uma troca de polarizações nas resistividades dos resultados, mas não existem mudanças nos valores da resistividade aparente no centro da estrutura. Ao redor da mesma, porém, se percebe facilmente alterações nos contornos dos mapas de resistividade aparente, ao serem comparadas com os mapas da estrutura na sua posição original. Isto se deve à persistência dos efeitos galvânicos no centro da estrutura e à presença de efeitos indutivos ao redor do corpo tridimensional. Ao alongar a direção principal da estrutura tridimensional, as sondagens magnetotelúricas vão se aproximando das sondagens das estruturas bidimensionais, principalmente na polarização XY. Mesmo assim, as respostas dos modelos testados estão muito longe de se considerar próximas das respostas de estruturas quase-bidimensionais. Porém, os efeitos do eletrojato em estruturas com direção principal alongada, são muito parecidos com aqueles presentes nas estruturas menores, considerando-se as diferenças entre as sondagens de ambos tipos de estruturas. Por outro lado, os mapas de resistividade aparente deste tipo de estrutura alongada, revelam um grande aumento nos extremos da estrutura, tanto para a onda plana como para o eletrojato. Este efeito é causado pelo acanalamento das correntes ao longo da direção principal da estrutura. O modelamento de estruturas geológicas da Bacia de Marajó confirma que os efeitos do eletrojato podem ser detetados em estruturas pequenas do tipo "horst" ou "graben", a grandes distâncias do centro do mesmo. Assim, os efeitos do eletrojato podem ser percebidos tanto nos meios estratificados como tridimensionais, em duas faixas de freqüência (nas proximidades de 10^-1 Hz e para freqüências menores que 10^-3 Hz), possivelmente influenciados pela presença do embasamento cristalino e a crosta inferior, respectivamente. Desta maneira, os resultados utilizando o eletrojato como fonte indutora, mostram que nas baixas freqüências as sondagens magnetotelúricas podem ser fortemente distorcidas, tanto pelos efeitos galvânicos da estrutura tridimensional como pela presença da influência do eletrojato. Conseqüêntemente, interpretações errôneas dos dados de campo podem ser cometidas, se não se corrigirem os efeitos do eletrojato equatorial ou, da mesma forma, não se utilisarem algoritmos tridimensionais para interpretar os dados, no lugar do usual modelo unidimensional de Tikhonov - Cagniard.

Simulação de perfis nucleares de poço em formações complexas

A identificação e descrição dos caracteres litológicos de uma formação são indispensáveis à avaliação de formações complexas. Com este objetivo, tem sido sistematicamente usada a combinação de ferramentas nucleares em poços não-revestidos. Os perfis resultantes podem ser considerados como a interação entre duas fases distintas: • Fase de transporte da radiação desde a fonte até um ou mais detectores, através da formação. • Fase de detecção, que consiste na coleção da radiação, sua transformação em pulsos de corrente e, finalmente, na distribuição espectral destes pulsos. Visto que a presença do detector não afeta fortemente o resultado do transporte da radiação, cada fase pode ser simulada independentemente uma da outra, o que permite introduzir um novo tipo de modelamento que desacopla as duas fases. Neste trabalho, a resposta final é simulada combinando soluções numéricas do transporte com uma biblioteca de funções resposta do detector, para diferentes energias incidentes e para cada arranjo específico de fontes e detectores. O transporte da radiação é calculado através do algoritmo de elementos finitos (FEM), na forma de fluxo escalar 2½-D, proveniente da solução numérica da aproximação de difusão para multigrupos da equação de transporte de Boltzmann, no espaço de fase, dita aproximação P₁, onde a variável direção é expandida em termos dos polinômios ortogonais de Legendre. Isto determina a redução da dimensionalidade do problema, tornando-o mais compatível com o algoritmo FEM, onde o fluxo dependa exclusivamente da variável espacial e das propriedades físicas da formação. A função resposta do detector NaI(Tl) é obtida independentemente pelo método Monte Carlo (MC) em que a reconstrução da vida de uma partícula dentro do cristal cintilador é feita simulando, interação por interação, a posição, direção e energia das diferentes partículas, com a ajuda de números aleatórios aos quais estão associados leis de probabilidades adequadas. Os possíveis tipos de interação (Rayleigh, Efeito fotoelétrico, Compton e Produção de pares) são determinados similarmente. Completa-se a simulação quando as funções resposta do detector são convolvidas com o fluxo escalar, produzindo como resposta final, o espectro de altura de pulso do sistema modelado. Neste espectro serão selecionados conjuntos de canais denominados janelas de detecção. As taxas de contagens em cada janela apresentam dependências diferenciadas sobre a densidade eletrônica e a fitologia. Isto permite utilizar a combinação dessas janelas na determinação da densidade e do fator de absorção fotoelétrico das formações. De acordo com a metodologia desenvolvida, os perfis, tanto em modelos de camadas espessas quanto finas, puderam ser simulados. O desempenho do método foi testado em formações complexas, principalmente naquelas em que a presença de minerais de argila, feldspato e mica, produziram efeitos consideráveis capazes de perturbar a resposta final das ferramentas. Os resultados mostraram que as formações com densidade entre 1.8 e 4.0 g/cm³ e fatores de absorção fotoelétrico no intervalo de 1.5 a 5 barns/e^-, tiveram seus caracteres físicos e litológicos perfeitamente identificados. As concentrações de Potássio, Urânio e Tório, puderam ser obtidas com a introdução de um novo sistema de calibração, capaz de corrigir os efeitos devidos à influência de altas variâncias e de correlações negativas, observadas principalmente no cálculo das concentrações em massa de Urânio e Potássio. Na simulação da resposta da sonda CNL, utilizando o algoritmo de regressão polinomial de Tittle, foi verificado que, devido à resolução vertical limitada por ela apresentada, as camadas com espessuras inferiores ao espaçamento fonte - detector mais distante tiveram os valores de porosidade aparente medidos erroneamente. Isto deve-se ao fato do algoritmo de Tittle aplicar-se exclusivamente a camadas espessas. Em virtude desse erro, foi desenvolvido um método que leva em conta um fator de contribuição determinado pela área relativa de cada camada dentro da zona de máxima informação. Assim, a porosidade de cada ponto em subsuperfície pôde ser determinada convolvendo estes fatores com os índices de porosidade locais, porém supondo cada camada suficientemente espessa a fim de adequar-se ao algoritmo de Tittle. Por fim, as limitações adicionais impostas pela presença de minerais perturbadores, foram resolvidas supondo a formação como que composta por um mineral base totalmente saturada com água, sendo os componentes restantes considerados perturbações sobre este caso base. Estes resultados permitem calcular perfis sintéticos de poço, que poderão ser utilizados em esquemas de inversão com o objetivo de obter uma avaliação quantitativa mais detalhada de formações complexas.