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

Effects of time-periodic linear coupling on two-component Bose-Einstein condensates in two dimensions

We examine two-component Gross-Pitaevskii equations with nonlinear and linear couplings, assuming self-attraction in one species and self-repulsion in the other, while the nonlinear inter-species coupling is also repulsive. For initial states with the condensate placed in the self-attractive component, a sufficiently strong linear coupling switches the collapse into decay (in the free space). Setting the linear-coupling coefficient to be time-periodic (alternating between positive and negative values, with zero mean value) can make localized states quasi-stable for the parameter ranges considered herein, but they slowly decay. The 2D states can then be completely stabilized by a weak trapping potential. In the case of the high-frequency modulation of the coupling constant, averaged equations are derived, which demonstrate good agreement with numerical solutions of the full equations. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Non-local interactions and the dynamics of dispersal in immature insects

A simple mathematical model is developed to explain the appearance of oscillations in the dispersal of larvae from the food source in experimental populations of certain species of blowflies. The life history of the immature stage in these flies, and in a number of other insects, is a system with two populations, one of larvae dispersing on the soil and the other of larvae that burrow in the soil to pupate. The observed oscillations in the horizontal distribution of buried pupae at the end of the dispersal process are hypothesized to be a consequence of larval crowding at a given point in the pupation substrate. It is assumed that dispersing larvae are capable of perceiving variations in density of larvae buried at a given point in the substrate of pupation, and that pupal density may influence pupation of dispersing larvae. The assumed interaction between dispersing larvae and the larvae that are burrowing to pupate is modeled using the concept of non-local effects. Numerical solutions of integro-partial differential equations developed to model density-dependent immature dispersal demonstrate that variation in the parameter that governs the non-local interaction between dispersing and buried larvae induces oscillations in the final horizontal distribution of pupae. (C) 1997 Academic Press Limited.

One-dimensional superfluid Bose-Fermi mixture: Mixing, demixing, and bright solitons

We study an ultracold and dilute superfluid Bose-Fermi mixture confined in a strictly one-dimensional (1D) atomic waveguide by using a set of coupled nonlinear mean-field equations obtained from the Lieb-Liniger energy density for bosons and the Gaudin-Yang energy density for fermions. We consider a finite Bose-Fermi interatomic strength gbf and both periodic and open boundary conditions. We find that with periodic boundary conditions-i.e., in a quasi-1D ring-a uniform Bose-Fermi mixture is stable only with a large fermionic density. We predict that at small fermionic densities the ground state of the system displays demixing if gbf >0 and may become a localized Bose-Fermi bright soliton for gbf <0. Finally, we show, using variational and numerical solutions of the mean-field equations, that with open boundary conditions-i.e., in a quasi-1D cylinder-the Bose-Fermi bright soliton is the unique ground state of the system with a finite number of particles, which could exhibit a partial mixing-demixing transition. In this case the bright solitons are demonstrated to be dynamically stable. The experimental realization of these Bose-Fermi bright solitons seems possible with present setups. © 2007 The American Physical Society.

Existência de solução de equações integrais não lineares em escalas temporais sobre espaços de Banach

Pós-graduação em Matemática - IBILCE

Variáveis canônicas não singulares e o movimento rotacional de satélites artificiais

Pós-graduação em Física - FEG

Caos e termalização na teoria de Yang-Mills com quebra espontânea de simetria

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Método do hamiltoniano termodinamicamente equivalente para sistemas de muitos corpos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

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.

Aplicação da computação simbólica na resolução de problemas de condução de calor em cilindros vazados com condições de contorno convectivas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Complex scalar dark matter in a B-L model

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Técnica para dedução do modelo algébrico PTT, aplicações e análises numéricas em escoamentos bidimensionais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelos matemáticos e computacionais em dengue

This work was developed starting the study of traditionals mathematical models that describe the epidemiology of infectious díseases by direct or indirect transmission. We did the classical approach of equilibrium solutions search, its analysis of stability analytically and by numerical solutions. After, we applied these techniques in a compartimental model of Dengue transmission that consider the mosquito population (susceptible vector Vs and 'infected vector VI), human population (suseeptíble humans S, infected humans I and recovered humans R) and just one sorotype floating in this population. We found the equilibrium solutions and from their analises, it was possible find the reprodution rate of dísease and which define if the disease will be endemic or not in the population.- ext, we used the method described a..~, [1] to study the infíuence of seasonalíty at vírus transmission, when it just acts on one of rates related with the vector. Lastly, we made de modeling considering the periodicity of alI rates, thereby building, a modeI with temporal dependence that permits to study periodicity of transmission through of the approach of parametrical ressonance and genetic algorithm