Particle creation in a colliding plane wave spacetime: Wave packet quantization

We use wave packet mode quantization to compute the creation of massless scalar quantum particles in a colliding plane wave spacetime. The background spacetime represents the collision of two gravitational shock waves followed by trailing gravitational radiation which focus into a Killing-Cauchy horizon. The use of wave packet modes simplifies the problem of mode propagation through the different spacetime regions which was previously studied with the use of monochromatic modes. It is found that the number of particles created in a given wave packet mode has a thermal spectrum with a temperature which is inversely proportional to the focusing time of the plane waves and which depends on the mode trajectory.

Pulse wave analysis aortic pressure . distole should also be considered

La rigidité anormalement haute des artères à grande conductance est un marqueur de l'augmentation du risque cardiovasculaire et est typiquement retrouvée chez les patients diabétiques ou hypertendus. Ces vaisseaux deviennent plus rigides avec l'âge, expliquant la haute prévalence d'hypertension systolique chez les personnes âgées. Cette rigidification agit sur la pression sanguine de plusieurs façons. Notamment la fonction windkessel est gênée, menant à l'augmentation de la pression systolique et de la pression puisée, la diminution de la pression diastolique, et ainsi à l'augmentation de la postcharge ventriculaire gauche associée à une probable diminution de la perfusion coronarienne. De plus, la propagation des ondes de pression le long de l'arbre vasculaire est accélérée, de sorte que les ondes réfléchies générées au site de décalage d'impédance atteignent l'aorte ascendante plus tôt par rapport au début de l'éjection ventriculaire, aboutissant à une augmentation de la pression systolique centrale, ce qui n'arriverait pas en présence de vaisseaux moins rigides. Dans ce cas, au contraire, les ondes de pression antérogrades et réfléchies voyages plus lentement, de sorte que les ondes de réflexion tendent à atteindre l'aorte centrale une fois l'éjection terminée, augmentant la pression diastolique et contribuant à la perfusion coronarienne. La tonométrie d'applanation est une méthode non invasive permettant l'évaluation de la forme de l'onde de pression au niveau l'aorte ascendante, basée sur l'enregistrement du pouls périphérique, au niveau radial dans notre étude. Nous pouvons dériver à partir de cette méthode un index d'augmentation systolique (sAIX) qui révèle quel pourcentage de la pression centrale est du aux ondes réfléchies. Plusieurs études ont montré que cet index est corrélé à d'autres mesures de la rigidité artérielle comme la vitesse de l'onde de pouls, qu'il augmente avec l'âge et avec les facteurs de risques cardiovasculaires, et qu'il est capable de préciser le pronostic cardiovasculaire. En revanche, peu d'attention a été portée à l'augmentation de la pression centrale diastolique due aux ondes réfléchies (dAIX). Nous proposons donc de mesurer cet index par un procédé d'analyse développé dans notre laboratoire, et ce dans la même unité que l'index systolique. Etant donné que les modifications de la paroi artérielle modulent d'une part la vitesse de l'onde de pouls (PWV) et d'autre part le temps de voyage aller-retour des ondes de pression réfléchies aux sites de réflexion, toute augmentation de la quantité d'énergie réfléchie atteignant l'aorte pendant la systole devrait être associée à une diminution de l'énergie arrivant au même point pendant la diastole. Notre étude propose de mesurer ces deux index, ainsi que d'étudier la relation de l'index d'augmentation diastolique (dAIX) avec la vitesse de propagation de l'onde de pouls (PWV) et avec le rythme cardiaque (HR), ce dernier étant connu pour influencer l'index d'augmentation systolique (sAIX) . L'influence de la position couchée et assise est aussi étudiée. Les mesures de la PWV et des sAIX et dAIX est réalisée chez 48 hommes et 45 femmes âgées de 18 à 70 ans, classés en 3 groupes d'âges. Les résultats montrent qu'en fonction de l'âge, le genre et la position du corps, il y a une relation inverse entre sAIX et dAIX. Lorsque PWV et HR sont ajoutés comme covariables à un modèle de prédiction comprenant l'âge, le genre et la position du corps comme facteurs principaux, sAIX est directement lié à PWV (p<0.0001) et inversement lié à HR (p<0.0001). Avec la même analyse, dAIX est inversement lié à PWV (p<0.0001) et indépendant du rythme cardiaque (p=0.52). En conclusion, l'index d'augmentation diastolique est lié à la rigidité vasculaire au même degré que l'index d'augmentation systolique, alors qu'il est affranchi de l'effet confondant du rythme cardiaque. La quantification de l'augmentation de la pression aortique diastolique due aux ondes réfléchies pourrait être une partie utile de l'analyse de l'onde de pouls.

Mean first-passage time for system driven by the coin-toss square wave

We study the mean-first-passage-time problem for systems driven by the coin-toss square-wave signal. Exact analytic solutions are obtained for the driftless case. We also obtain approximate solutions for the potential case. The mean-first-passage time exhibits discontinuities and a remarkable nonsmooth oscillatory behavior which, to our knowledge, has not been observed for other kinds of driving noise.

Bilateral symmetry of radial pulse in high-level tennis players : implications for the validity of central aortic pulse wave analysis

Rapport de synthèse Ce travail de thèse s'articule autour de l'importance de l'évaluation de la fonction vasculaire et des répercussions au niveau central, cardiaque, des perturbations du réseau vasculaire. Les maladies cardiovasculaires sont prédominantes dans notre société et causes de morbidité et mortalité importante. La mesure de la pression artérielle classique reste le moyen le plus utilisé pour suivre la santé des vaisseaux, mais ne reflète pas directement ce qui se passe au niveau du coeur. La tonométrie d'aplanation permet depuis quelques années de mesurer l'onde de pouls radial, et par le biais d'une fonction mathématique de transfert validée, il est possible d'en déduire la forme et Γ amplitude de l'onde de pouls central, donc de la pression aortique centrale. Cette dernière est un reflet bien plus direct de la post-charge cardiaque, et de nombreuses études cliniques actuelles s'intéressent à cette mesure pour stratifier le risque ou évaluer l'effet d'un traitement vasculaire. Toutefois, bien que cet outil soit de plus en plus utilisé, il est rarement précisé si la latéralité de la mesure joue un rôle, sachant que certaines propriétés des membres supérieurs peuvent être affectées par un usage préférentiel (masse musculaire, densité osseuse, diamètre des artères, capillarisation musculaire, et même fonction endothéliale). On a en effet observé que ces divers paramètre étaient tous augmentés sur un bras entraîné. Dès lors on peut se poser la question de l'influence de ces adaptations physiologiques sur la mesure indirecte effectuée par le biais du pouls radial. Nous avons investigué les deux membres supérieurs de sujets jeunes et sédentaires (SED), ainsi que ceux de sujets sportifs avec un développement fortement asymétrique des bras, soit des joueurs de tennis de haut niveau (TEN). Des mesures anthropométriques incluant la composition corporelle et la circonférence des bras et avant-bras ont montré que TEN présente une asymétrie hautement significative aux deux mesures entre le bras dominant (entraîné) et l'autre, ce qui est aussi présent pour la force de serrage (mesurée au dynamomètre de Jamar). L'analyse des courbes centrales de pouls ne montre aucune différence entre les deux membres dans chaque groupe, par contre on peut observer une différence entre SED et TEN, avec un index d'augmentation diastolique qui est 50 % plus élevé chez TEN. Les index d'augmentation systolique sont identiques dans les deux groupes. On peut retenir de cette étude la validité de la méthode de tonométrie d'aplanation quel que soit le bras utilisé (dominant ou non-dominant) et ce même si une asymétrie conséquente est présente. Ces données sont clairement nouvelles et permettent de s'affranchir de cette variable dans la mesure d'un paramètre cardiovasculaire dont l'importance est actuellement grandissante. Les différences d'index diastolique sont expliquées par la fréquence cardiaque et la vitesse de conduction de l'onde de pouls plus basses chez TEN, causant un retard diastolique du retour de l'onde au niveau central, phénomène précédemment bien décrit dans la littérature.

Viscoelasticity in Achilles Tendonopathy: Quantitative Assessment by Using Real-time Shear-Wave Elastography.

Purpose To investigate the differences in viscoelastic properties between normal and pathologic Achilles tendons ( AT Achilles tendon s) by using real-time shear-wave elastography ( SWE shear-wave elastography ). Materials and Methods The institutional review board approved this study, and written informed consent was obtained from 25 symptomatic patients and 80 volunteers. One hundred eighty ultrasonographic (US) and SWE shear-wave elastography studies of AT Achilles tendon s without tendonopathy and 30 studies of the middle portion of the AT Achilles tendon in patients with tendonopathy were assessed prospectively. Each study included data sets acquired at B-mode US (tendon morphology and cross-sectional area) and SWE shear-wave elastography (axial and sagittal mean velocity and relative anisotropic coefficient) for two passively mobilized ankle positions. The presence of AT Achilles tendon tears at B-mode US and signal-void areas at SWE shear-wave elastography were noted. Results Significantly lower mean velocity was shown in tendons with tendonopathy than in normal tendons in the relaxed position at axial SWE shear-wave elastography (P < .001) and in the stretched position at sagittal (P < .001) and axial (P = .0026) SWE shear-wave elastography . Tendon softening was a sign of tendonopathy in relaxed AT Achilles tendon s when the mean velocity was less than or equal to 4.06 m · sec(-1) at axial SWE shear-wave elastography (sensitivity, 54.2%; 95% confidence interval [ CI confidence interval ]: 32.8, 74.4; specificity, 91.5%; 95% CI confidence interval : 86.3, 95.1) and less than or equal to 5.70 m · sec(-1) at sagittal SWE shear-wave elastography (sensitivity, 41.7%; 95% CI confidence interval : 22.1, 63.3; specificity, 81.8%; 95% CI confidence interval : 75.3, 87.2) and in stretched AT Achilles tendon s, when the mean velocity was less than or equal to 4.86 m · sec(-1) at axial SWE shear-wave elastography (sensitivity, 66.7%; 95% CI confidence interval : 44.7, 84.3; specificity, 75.6%; 95% CI confidence interval : 68.5, 81.7) and less than or equal to 14.58 m · sec(-1) at sagittal SWE shear-wave elastography (sensitivity, 58.3%; 95% CI confidence interval : 36.7, 77.9; specificity, 83.5%; 95% CI confidence interval : 77.2, 88.7). Anisotropic results were not significantly different between normal and pathologic AT Achilles tendon s. Six of six (100%) partial-thickness tears appeared as signal-void areas at SWE shear-wave elastography . Conclusion Whether the AT Achilles tendon was relaxed or stretched, SWE shear-wave elastography helped to confirm and quantify pathologic tendon softening in patients with tendonopathy in the midportion of the AT Achilles tendon and did not reveal modifications of viscoelastic anisotropy in the tendon. Tendon softening assessed by using SWE shear-wave elastography appeared to be highly specific, but sensitivity was relatively low. © RSNA, 2014.

Excitability transitions and wave dynamics under spatiotemporal structured noise

We present an analytic and numerical study of the effects of external fluctuations in active media. Our analytical methodology transforms the initial stochastic partial differential equations into an effective set of deterministic reaction-diffusion equations. As a result we are able to explain and make quantitative predictions on the systematic and constructive effects of the noise, for example, target patterns created out of noise and traveling or spiral waves sustained by noise. Our study includes the case of realistic noises with temporal and spatial structures.

Suppression of scroll wave turbulence by noise

Rotating scroll waves are dynamical spatiotemporal structures characteristic of three-dimensional active media. It is well known that, under low excitability conditions, scroll waves develop an intrinsically unstable dynamical regime that leads to a highly disorganized pattern of wave propagation. Such a ¿turbulent¿ state bears some resemblance to fibrillation states in cardiac tissue. We show here that this unstable regime can be controlled by using a spatially distributed random forcing superimposed on a control parameter of the system. Our results are obtained from numerical simulations but an explicit analytical argument that rationalizes our observations is also presented.

Wave competition in excitable modulated media.

The propagation of an initially planar front is studied within the framework of the photosensitive Belousov-Zhabotinsky reaction modulated by a smooth spatial variation of the local front velocity in the direction perpendicular to front propagation. Under this modulation, the wave front develops several fingers corresponding to the local maxima of the modulation function. After a transient, the wave front achieves a stationary shape that does not necessarily coincide with the one externally imposed by the modulation. Theoretical predictions for the selection criteria of fingers and steady-state velocity are experimentally validated.

Measures of ionicity of alkaline-earth oxides from the analysis of ab initio cluster wave functions

We present an analysis of the M-O chemical bonding in the binary oxides MgO, CaO, SrO, BaO, and Al2O3 based on ab initio wave functions. The model used to represent the local environment of a metal cation in the bulk oxide is an MO6 cluster which also includes the effect of the lattice Madelung potential. The analysis of the wave functions for these clusters leads to the conclusion that all the alkaline-earth oxides must be regarded as highly ionic oxides; however, the ionic character of the oxides decreases as one goes from MgO, almost perfectly ionic, to BaO. In Al2O3 the ionic character is further reduced; however, even in this case, the departure from the ideal, fully ionic, model of Al3+ is not exceptionally large. These conclusions are based on three measures, a decomposition of the Mq+-Oq- interaction energy, the number of electrons associated to the oxygen ions as obtained from a projection operator technique, and the analysis of the cation core-level binding energies. The increasing covalent character along the series MgO, CaO, SrO, and BaO is discussed in view of the existing theoretical models and experimental data.

Wave propagation in a medium with disordered excitability

The effect of quenched disorder on the propagation of autowaves in excitable media is studied both experimentally and numerically in relation to the light-sensitive Belousov-Zhabotinsky reaction. The spatial disorder is introduced through a random distribution with two different levels of transmittance. In one dimension the (time-averaged) wave speed is smaller than the corresponding to a homogeneous medium with the mean excitability. Contrarily, in two dimensions the velocity increases due to the roughening of the front. Results are interpreted using kinematic and scaling arguments. In particular, for d = 2 we verify a theoretical prediction of a power-law dependence for the relative change of the propagation speed on the disorder amplitude.

Regular wave propagation out of noise in chemical active media

A pacemaker, regularly emitting chemical waves, is created out of noise when an excitable photosensitive Belousov-Zhabotinsky medium, strictly unable to autonomously initiate autowaves, is forced with a spatiotemporal patterned random illumination. These experimental observations are also reproduced numerically by using a set of reaction-diffusion equations for an activator-inhibitor model, and further analytically interpreted in terms of genuine coupling effects arising from parametric fluctuations. Within the same framework we also address situations of noise-sustained propagation in subexcitable media.

Space and momentum representation analysis of Hartman's effect in wave packet transmission

The Hartman effect is analyzed in both the position and momentum representations of the problem. The importance of Wigner tunneling and deep tunneling is singled out. It is shown quantitatively how the barrier acts as a filter for low momenta (quantum speed up) as the width increases, and a detailed mechanism is proposed. Superluminal transmission is also discussed.