Propriedades ópticas e térmicas da oleína de palma

Usamos uma metodologia experimental para investigar propriedades ópticas e térmicas da oleína de palma (OP), a fração líquida do azeite de palma (Elaies guineensis) obtida por fracionamento natural, com propriedades físicas que diferem apreciavelmente do azeite. Em uma primeira abordagem, estudamos os espectros de absorção e emissão monitorando a modificação dos espectros com o aumento da concentração β-caroteno misturado com OP, o que permitiu encontrar o coeficiente de absorção molar do β-caroteno (ε = 920,802 mol ^-1.cm^-1.L). Este valor é muito baixo em relação aos conhecidos para o β-caroteno diluído em um solvente puro, como o benzeno ou o n-hexano. Experimentos feitos com β-caroteno diluído em hexano nos permitiram medir ε = 117.900 L.mol^-1.cm^-1, que representa aproximadamente 18% abaixo dos valores reportados na literatura. Em uma segunda abordagem, os espectros de absorção foram usados para medir o coeficiente de absorção da OP, A = 0,028 cm^-1 em 532 nm, o comprimento de onda de um laser usado como fonte de excitação no estudo das propriedades térmicas da OP usando a técnica de lente térmica. Neste sentido foi medido também o coeficiente térmico do índice de refração da OP, dn/dt = - 3,821 x 10 ^-4 °C ^-1. Estes resultados, associados ao modelo aberrante para estudos de espectroscopia de lente térmica, levaram à medição do coeficiente de difusão, D = 2,19 ± 0,11 x 10^-4 cm²/s, e da condutividade térmica, k = 5,96 ± 0,08 W/m°C. Embora as medidas das propriedades térmicas da OP não sejam ainda conhecidas na literatura, observa-se que elas têm as mesmas ordens de grandeza daquelas já conhecidas para outros óleos vegetais que foram relatadas na literatura.

Quantização canônica do campo de Proca no espaço-tempo de Rindler e interação de uma fonte uniformemente acelerada com o banho térmico de Unruh

Fazemos a quantização canônica do campo vetorial massivo, primeiro com relação a observadores inerciais e depois com relação a observadores acelerados. Investigamos como uma fonte uniformemente acelerada em Minkowski interage com o campo vetorial massivo no vácuo inercial, através do cálculo da taxa de resposta total. Esta taxa de resposta é calculada em dois referenciais diferentes, um inercial e outro co-acelerado com a fonte. De acordo com o efeito Unruh, no referencial acelerado, o vácuo inercial corresponde a um banho térmico de partículas. Levando em conta este efeito, mostramos, explicitamente, que estas taxas de resposta são idênticas. Este resultado pode ser usado para descrever a interação de elétrons estáticos com partículas Z⁰ presentes na radiação Hawking, desde que os elétrons estejam muito próximos do horizonte de eventos de um buraco negro.

Domain wall description of superconductivity

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Diffusion of Lambda(c) in hot hadronic medium and its impact on Lambda(c)/D ratio

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

Evidence for Unruh's effect in hardon physics

In order that confinement should survive, light quarks inside hadrons have a very high acceleration and will feel a thermal bath with an Unruh temperature near 137 MeV. We show that this temperature is consistent with the experimentally observed departure from the Gottfried sum rule for the difference of the proton and neutron structure functions in deep inelastic electron scattering.

Effect of the thermostat in the molecular dynamics simulation on the folding of the model protein chignolin

Molecular dynamics simulations of the model protein chignolin with explicit solvent were carried out, in order to analyze the influence of the Berendsen thermostat on the evolution and folding of the peptide. The dependence of the peptide behavior on temperature was tested with the commonly employed thermostat scheme consisting of one thermostat for the protein and another for the solvent. The thermostat coupling time of the protein was increased to infinity, when the protein is not in direct contact with the thermal bath, a situation known as minimally invasive thermostat. In agreement with other works, it was observed that only in the last situation the instantaneous temperature of the model protein obeys a canonical distribution. As for the folding studies, it was shown that, in the applications of the commonly utilized thermostat schemes, the systems are trapped in local minima regions from which it has difficulty escaping. With the minimally invasive thermostat the time that the protein needs to fold was reduced by two to three times. These results show that the obstacles to the evolution of the extended peptide to the folded structure can be overcome when the temperature of the peptide is not directly controlled.

Contribución al diseño de lazos de realimentación electrónica para microsistemas electromecánicos (MEMS) resonantes: ruido de fase generado en lazos osciladores por sus realimentaciones

En 1966, D. B. Leeson publicó el artículo titulado “A simple model of feedback oscillator noise spectrum” en el que, mediante una ecuación obtenida de forma heurística y basada en parámetros conocidos de los osciladores, proponía un modelo para estimar el espectro de potencia que cuantifica el Ruido de Fase de estos osciladores. Este Ruido de Fase pone de manifiesto las fluctuaciones aleatorias que se producen en la fase de la señal de salida de cualquier oscilador de frecuencia f_0. Desde entonces, los adelantos tecnológicos han permitido grandes progresos en cuanto a la medida del Ruido de Fase, llegando a encontrar una estrecha “zona plana”, alrededor de f_0, conocida con el nombre de Ensanchamiento de Línea (EL) que Leeson no llegó a observar y que su modelo empírico no recogía. Paralelamente han ido surgiendo teorías que han tratado de explicar el Ruido de Fase con mayor o menor éxito. En esta Tesis se propone una nueva teoría para explicar el espectro de potencia del Ruido de Fase de un oscilador realimentado y basado en resonador L-C (Inductancia-Capacidad). Al igual que otras teorías, la nuestra también relaciona el Ruido de Fase del oscilador con el ruido térmico del circuito que lo implementa pero, a diferencia de aquellas, nuestra teoría se basa en un Modelo Complejo de ruido eléctrico que considera tanto las Fluctuaciones de energía eléctrica asociadas a la susceptancia capacitiva del resonador como las Disipaciones de energía eléctrica asociadas a su inevitable conductancia G=1⁄R, que dan cuenta del contacto térmico entre el resonador y el entorno térmico que le rodea. En concreto, la nueva teoría que proponemos explica tanto la parte del espectro del Ruido de Fase centrada alrededor de la frecuencia portadora f_0 que hemos llamado EL y su posterior caída proporcional a 〖∆f〗^(-2) al alejarnos de f_0, como la zona plana o pedestal que aparece en el espectro de Ruido de Fase lejos de esa f_0. Además, al saber cuantificar el EL y su origen, podemos explicar con facilidad la aparición de zonas del espectro de Ruido de Fase con caída 〖∆f〗^(-3) cercanas a la portadora y que provienen del denominado “exceso de ruido 1⁄f” de dispositivos de Estado Sólido y del ruido “flicker” de espectro 1⁄f^β (0,8≤β≤1,2) que aparece en dispositivos de vacío como las válvulas termoiónicas. Habiendo mostrado que una parte del Ruido de Fase de osciladores L-C realimentados que hemos denominado Ruido de Fase Térmico, se debe al ruido eléctrico de origen térmico de la electrónica que forma ese oscilador, proponemos en esta Tesis una nueva fuente de Ruido de Fase que hemos llamado Ruido de Fase Técnico, que se añadirá al Térmico y que aparecerá cuando el desfase del lazo a la frecuencia de resonancia f_0 del resonador no sea 0° o múltiplo entero de 360° (Condición Barkhausen de Fase, CBF). En estos casos, la modulación aleatoria de ganancia de lazo que realiza el Control Automático de Amplitud en su lucha contra ruidos que traten de variar la amplitud de la señal oscilante del lazo, producirá a su vez una modulación aleatoria de la frecuencia de tal señal que se observará como más Ruido de Fase añadido al Térmico. Para dar una prueba empírica sobre la existencia de esta nueva fuente de Ruido de Fase, se diseñó y construyó un oscilador en torno a un resonador mecánico “grande” para tener un Ruido de Fase Térmico despreciable a efectos prácticos. En este oscilador se midió su Ruido de Fase Técnico tanto en función del valor del desfase añadido al lazo de realimentación para apartarlo de su CBF, como en función de la perturbación de amplitud inyectada para mostrar sin ambigüedad la aparición de este Ruido de Fase Técnico cuando el lazo tiene este fallo técnico: que no cumple la Condición Barkhausen de Fase a la frecuencia de resonancia f_0 del resonador, por lo que oscila a otra frecuencia. ABSTRACT In 1966, D. B. Leeson published the article titled “A simple model of feedback oscillator noise spectrum” in which, by means of an equation obtained heuristically and based on known parameters of the oscillators, a model was proposed to estimate the power spectrum that quantifies the Phase Noise of these oscillators. This Phase Noise reveals the random fluctuations that are produced in the phase of the output signal from any oscillator of frequencyf_0. Since then, technological advances have allowed significant progress regarding the measurement of Phase Noise. This way, the narrow flat region that has been found around f_(0 ), is known as Line Widening (LW). This region that Leeson could not detect at that time does not appear in his empirical model. After Leeson’s work, different theories have appeared trying to explain the Phase Noise of oscillators. This Thesis proposes a new theory that explains the Phase Noise power spectrum of a feedback oscillator around a resonator L-C (Inductance-Capacity). Like other theories, ours also relates the oscillator Phase Noise to the thermal noise of the feedback circuitry, but departing from them, our theory uses a new, Complex Model for electrical noise that considers both Fluctuations of electrical energy associated with the capacitive susceptance of the resonator and Dissipations of electrical energy associated with its unavoidable conductance G=1/R, which accounts for the thermal contact between the resonator and its surrounding environment (thermal bath). More specifically, the new theory we propose explains both the Phase Noise region of the spectrum centered at the carrier frequency f_0 that we have called LW and shows a region falling as 〖∆f〗^(-2) as we depart from f_0, and the flat zone or pedestal that appears in the Phase Noise spectrum far from f_0. Being able to quantify the LW and its origin, we can easily explain the appearance of Phase Noise spectrum zones with 〖∆f〗^(-3) slope near the carrier that come from the so called “1/f excess noise” in Solid-State devices and “flicker noise” with 1⁄f^β (0,8≤β≤1,2) spectrum that appears in vacuum devices such as thermoionic valves. Having shown that the part of the Phase Noise of L-C oscillators that we have called Thermal Phase Noise is due to the electrical noise of the electronics used in the oscillator, this Thesis can propose a new source of Phase Noise that we have called Technical Phase Noise, which will appear when the loop phase shift to the resonance frequency f_0 is not 0° or an integer multiple of 360° (Barkhausen Phase Condition, BPC). This Phase Noise that will add to the Thermal one, comes from the random modulation of the loop gain carried out by the Amplitude Automatic Control fighting against noises trying to change the amplitude of the oscillating signal in the loop. In this case, the BPC failure gives rise to a random modulation of the frequency of the output signal that will be observed as more Phase Noise added to the Thermal one. To give an empirical proof on the existence of this new source of Phase Noise, an oscillator was designed and constructed around a “big” mechanical resonator whose Thermal Phase Noise is negligible for practical effects. The Technical Phase Noise of this oscillator has been measured with regard to the phase lag added to the feedback loop to separate it from its BPC, and with regard to the amplitude disturbance injected to show without ambiguity the appearance of this Technical Phase Noise that appears when the loop has this technical failure: that it does not fulfill the Barkhausen Phase Condition at f_0, the resonance frequency of the resonator and therefore it is oscillating at a frequency other than f_0.

Fluctuations and single molecules

The fluorescence of single molecules coupled to a thermal bath is studied both experimentally and theoretically. The effect of different fluctuations on the coherence properties of resonance fluorescence is considered first. Coherence is measured in an interference experiment where a single molecule is used as a light source. A standard approach based on the optical Bloch equations apparently provides quite an accurate description of the interference experiment. Systems with long correlation times (where spectra are time dependent on any timescale) are considered next. It is shown that intensity-time-frequency correlation spectroscopy, which provides both high signal-to-noise ratio and high time resolution, is very suitable for such a case. The Bloch equations are further tested in an experiment where the shape of an excitation spectral line of a single molecule is accurately measured over six orders of magnitude of the exciting laser power. Significant deviations from the predictions of the Bloch equations are found. The role of critical parameters-the correlation time of the bath, the Rabi oscillation period, and the coupling constant between the bath and the molecule-is discussed. The paper also includes a short general introduction to the methodology of single-molecule studies.

Optical Bloch equations and enhanced decay of Rabi oscillations in strong driving fields

Optical Bloch equations are widely used for describing dynamics in a system consisting molecules, electromagnetic waves, and a thermal bath. We analyze applicability of these equations to a single molecule imbedded in a solid matrix. Classical Bloch equations and the limits of their applicability are derived from more general master equations. Simple and intuitively appealing picture based on stochastic Bloch equations shows that at low temperatures, contrary to common believes, a strong driving field can not only suppress but can also increase decay rates of Rabi oscillations. A physical system where predicted effects can be observed experimentally is suggested. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para Ensaios e Calibrações em Temperaturas

O trabalho desenvolvido centrou-se na preparação da acreditação NP EN ISO/IEC 17025 do Laboratório de Metrologia da empresa Frilabo para prestação de serviços na área das temperaturas, no ensaio a câmaras térmicas e na calibração de termómetros industriais. Considerando o âmbito do trabalho desenvolvido, são abordados nesta tese conceitos teóricos sobre temperatura e incertezas bem como considerações técnicas de medição da temperatura e cálculo de incertezas. São também referidas considerações sobre os diferentes tipos de câmaras térmicas e termómetros. O texto apresenta os documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de ensaio a câmaras térmicas e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Também estão presentes neste texto documentos elaborados pelo autor sobre os procedimentos de calibração de termómetros industriais e respetivo procedimento de cálculo da incerteza. Relativamente aos ensaios a câmara térmicas e calibração de termómetros o autor elaborou os fluxogramas sobre a metodologia da medição da temperatura nos ensaios, a metodologia de medição da temperatura nas calibrações, e respetivos cálculos de incertezas. Nos diferentes anexos estão apresentados vários documentos tais como o modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativos ao ensaio, modelo de folha de cálculo para tratamento de dados relativo às calibrações, modelo de relatório de ensaio, modelo de certificado de calibração, folhas de cálculo para gestão de clientes/equipamentos e numeração automática de relatórios de ensaio e certificados de calibração que cumprem os requisitos de gestão do laboratório. Ainda em anexo constam todas as figuras relativas à monitorização da temperatura nas câmara térmicas como também as figuras da disposição dos termómetros no interior das câmaras térmicas. Todas as figuras que aparecem ao longo do documento que não estão referenciadas são da adaptação ou elaboração própria do autor. A decisão de alargar o âmbito da acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo para calibração de termómetros, prendeu-se com o facto de que sendo acreditado como laboratório de ensaios na área das temperaturas, a realização da rastreabilidade dos padrões de medida internamente, permitiria uma gestão de recursos otimizada e rentabilizada. A metodologia da preparação de todo o processo de acreditação do Laboratório de Metrologia da Frilabo, foi desenvolvida pelo autor e está expressa ao longo do texto da tese incluindo dados relevantes para a concretização da referida acreditação nos dois âmbitos. A avaliação de todo o trabalho desenvolvido será efetuada pelo o organismo designado IPAC (Instituto Português de Acreditação) que confere a acreditação em Portugal. Este organismo irá auditar a empresa com base nos procedimentos desenvolvidos e nos resultados obtidos, sendo destes o mais importante o Balanço da Melhor Incerteza (BMI) da medição também conhecido por Melhor Capacidade de Medição (MCM), quer para o ensaio às câmaras térmicas, quer para a calibração dos termómetros, permitindo desta forma complementar os serviços prestados aos clientes fidelizados à Frilabo. As câmaras térmicas e os termómetros industriais são equipamentos amplamente utilizados em diversos segmentos industriais, engenharia, medicina, ensino e também nas instituições de investigação, sendo um dos objetivos respetivamente, a simulação de condições específicas controladas e a medição de temperatura. Para entidades acreditadas, como os laboratórios, torna-se primordial que as medições realizadas com e nestes tipos de equipamentos ostentem confiabilidade metrológica1, uma vez que, resultados das medições inadequados podem levar a conclusões equivocadas sobre os testes realizados. Os resultados obtidos nos ensaios a câmaras térmicas e nas calibrações de termómetros, são considerados bons e aceitáveis, uma vez que as melhores incertezas obtidas, podem ser comparadas, através de consulta pública do Anexo Técnico do IPAC, com as incertezas de outros laboratórios acreditados em Portugal. Numa abordagem mais experimental, pode dizer-se que no ensaio a câmaras térmicas a obtenção de incertezas mais baixas ou mais altas depende maioritariamente do comportamento, características e estado de conservação das câmaras, tornando relevante o processo de estabilização da temperatura no interior das mesmas. A maioria das fontes de incerteza na calibração dos termómetros são obtidas pelas características e especificações do fabricante dos equipamentos, que se traduzem por uma contribuição com o mesmo peso para o cálculo da incerteza expandida (a exatidão de fabricante, as incertezas herdadas de certificados de calibração, da estabilidade e da uniformidade do meio térmico onde se efetuam as calibrações). Na calibração dos termómetros as incertezas mais baixas obtêm-se para termómetros de resoluções mais baixas. Verificou-se que os termómetros com resolução de 1ºC não detetavam as variações do banho térmico. Nos termómetros com resoluções inferiores, o peso da contribuição da dispersão de leituras no cálculo da incerteza, pode variar consoante as características do termómetro. Por exemplo os termómetros com resolução de 0,1ºC, apresentaram o maior peso na contribuição da componente da dispersão de leituras. Pode concluir-se que a acreditação de um laboratório é um processo que não é de todo fácil. Podem salientar-se aspetos que podem comprometer a acreditação, como por exemplo a má seleção do ou dos técnicos e equipamentos (má formação do técnico, equipamento que não seja por exemplo adequado à gama, mal calibrado, etc…) que vão efetuar as medições. Se não for bem feita, vai comprometer todo o processo nos passos seguintes. Deve haver também o envolvimento do todos os intervenientes do laboratório, o gestor da qualidade, o responsável técnico e os técnicos, só assim é que é possível chegar à qualidade pretendida e à melhoria contínua da acreditação do laboratório. Outro aspeto importante na preparação de uma acreditação de um laboratório é a pesquisa de documentação necessária e adequada para poder tomar decisões corretas na elaboração dos procedimentos conducentes à referida. O laboratório tem de mostrar/comprovar através de registos a sua competência. Finalmente pode dizer-se que competência é a palavra chave de uma acreditação, pois ela manifesta-se nas pessoas, equipamentos, métodos, instalações e outros aspetos da instituição a que pertence o laboratório sob acreditação.

Optimization of quantum states for signaling across an arbitrary qubit noise channel with minimum-error detection

International audience

Noble gas, CFC and other geochemical evidence for the age and origin of the Bath thermal waters, UK

The city of Bath is a World Heritage site and its thermal waters, the Roman Baths and new spa development rely on undisturbed flow of the springs (45 °C). The current investigations provide an improved understanding of the residence times and flow regime as basis for the source protection. Trace gas indicators including the noble gases (helium, neon, argon, krypton and xenon) and chlorofluorocarbons (CFCs), together with a more comprehensive examination of chemical and stable isotope tracers are used to characterise the sources of the thermal water and any modern components. It is shown conclusively by the use of 39Ar that the bulk of the thermal water has been in circulation within the Carboniferous Limestone for at least 1000 years. Other stable isotope and noble gas measurements confirm previous findings and strongly suggest recharge within the Holocene time period (i.e. the last 12 kyr). Measurements of dissolved 85Kr and chlorofluorocarbons constrain previous indications from tritium that a small proportion (<5%) of the thermal water originates from modern leakage into the spring pipe passing through Mesozoic valley fill underlying Bath. This introduces small amounts of O2 into the system, resulting in the Fe precipitation seen in the King’s Spring. Silica geothermometry indicates that the water is likely to have reached a maximum temperature of between 69–99 °C, indicating a most probable maximum circulation depth of ∼3 km, which is in line with recent geological models. The rise to the surface of the water is sufficiently indirect that a temperature loss of >20 °C is incurred. There is overwhelming evidence that the water has evolved within the Carboniferous Limestone formation, although the chemistry alone cannot pinpoint the geometry of the recharge area or circulation route. For a likely residence time of 1–12 kyr, volumetric calculations imply a large storage volume and circulation pathway if typical porosities of the limestone at depth are used, indicating that much of the Bath-Bristol basin must be involved in the water storage.

Predicting the thermal inactivation of bacteria in a solid matrix: simulation studies on the relative effects of microbial thermal resistance parameters and process conditions

A combined mathematical model for predicting heat penetration and microbial inactivation in a solid body heated by conduction was tested experimentally by inoculating agar cylinders with Salmonella typhimurium or Enterococcus faecium and heating in a water bath. Regions of growth where bacteria had survived after heating were measured by image analysis and compared with model predictions. Visualisation of the regions of growth was improved by incorporating chromogenic metabolic indicators into the agar. Preliminary tests established that the model performed satisfactorily with both test organisms and with cylinders of different diameter. The model was then used in simulation studies in which the parameters D, z, inoculum size, cylinder diameter and heating temperature were systematically varied. These simulations showed that the biological variables D, z and inoculum size had a relatively small effect on the time needed to eliminate bacteria at the cylinder axis in comparison with the physical variables heating temperature and cylinder diameter, which had a much greater relative effect. (c) 2005 Elsevier B.V All rights reserved.

Structural and thermal characterization of dioctadecyldimethylammonium bromide dispersions by spin labels

Dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) dispersions obtained by simply mixing the amphiphile in water, and by bath-sonication, were investigated by electron spin resonance (ESR) of stearic acids and their methyl ester derivatives, labeled at the 5th and 16th carbons of the acyl chain. The ESR spectra indicate that the non-sonicated dispersions are formed mainly by one population of DODAB vesicles, either in the gel (T < T-m) or in the liquid-crystalline (T > T-m) state. Around T-m there is a co-existence of the two phases, with a thermal hysteresis of about 3.2 degreesC. In sonicated DODAB dispersions, spin labels indicate two different environments even for temperatures far below T-m: one similar to that obtained with non-sonicated samples, a gel phase, and another one in the liquid-crystalline state. The fluid phase domain present below T-m could correspond to either the periphery of bilayer fragments, reported to be present in sonicated DODAB dispersions, or to high curvature vesicles. (C) 2001 Elsevier B.V. Ireland Ltd. All rights reserved.

Thermal effects on the catalysis by a magnetic field

We show that the formation of condensates in the presence of a constant magnetic field in 2+1 dimensions is extremely unstable. It disappears as soon as a heat bath is introduced with or without a chemical potential. The value of the condensate as well as other observables are shown to become nonanalytic at finite temperature.