Relativistic Mean Field Study of the Z=117 Isotopic Chain

The properties of the Z = 117 isotopic chain are studied within the framework of the axially deformed relativistic mean field theory (RMFT) in the blocked BCS approximation. The ground-state properties, such as binging energies, deformations as well as the possible.. decay energies and lifetimes are calculated with the parameter set of NL-Z2 and compared with results from the finite range droplet model. The analysis by RMFT shows that the isotopes in the range of mass number A = 291 similar to 300 exhibit higher stability, which suggests that they may be promising nuclei to be hopefully synthesized in the lab among the nuclei Z = 117.

Potential energy landscape and robustness of a gene regulatory network: Toggle switch

Finding a multidimensional potential landscape is the key for addressing important global issues, such as the robustness of cellular networks. We have uncovered the underlying potential energy landscape of a simple gene regulatory network: a toggle switch. This was realized by explicitly constructing the steady state probability of the gene switch in the protein concentration space in the presence of the intrinsic statistical fluctuations due to the small number of proteins in the cell. We explored the global phase space for the system. We found that the protein synthesis rate and the unbinding rate of proteins to the gene were small relative to the protein degradation rate; the gene switch is monostable with only one stable basin of attraction. When both the protein synthesis rate and the unbinding rate of proteins to the gene are large compared with the protein degradation rate, two global basins of attraction emerge for a toggle switch. These basins correspond to the biologically stable functional states. The potential energy barrier between the two basins determines the time scale of conversion from one to the other. We found as the protein synthesis rate and protein unbinding rate to the gene relative to the protein degradation rate became larger, the potential energy barrier became larger. This also corresponded to systems with less noise or the fluctuations on the protein numbers.

Rotational excitation of H2O by cold electrons

Experimental data are presented for the scattering of electrons by H2O between 17 and 250 meV impact energy. These results are used in conjunction with a generally applicable method, based on a quantum defect theory approach to electron-polar molecule collisions, to derive the first set of data for state-to-state rotationally inelastic scattering cross sections based on experimental values.

Time-dependent tight binding

Starting from a Lagrangian mean-field theory, a set of time-dependent tight-binding equations is derived to describe dynamically and self-consistently an interacting system of quantum electrons and classical nuclei. These equations conserve norm, total energy and total momentum. A comparison with other tight-binding models is made. A previous tight-binding result for forces on atoms in the presence of electrical current flow is generalized to the time-dependent domain and is taken beyond the limit of local charge neutrality.

Fragmentation of metastable SF6−* ions with microsecond lifetimes in competition with autodetachment

Fragmentation of metastable SF6-* ions formed in low energy electron attachment to SF₆has been investigated. The dissociation reaction SF6-*?SF5-+F has been observed ~ 1.5–3.4 µs and ~ 17–32 µs after electron attachment in a time-of-flight and a double focusing two sector field mass spectrometer, respectively. Metastable dissociation is observed with maximum intensity at ~ 0.3 eV between the SF6-* peak at zero and theSF5- peak at ~ 0.4 eV. The kinetic energy released in dissociation is low, with a most probable value of 18 meV. The lifetime of SF6-* decreases as the electron energy increases, but it is not possible to fit this decrease with statistical Rice–Ramsperger–Kassel/quasiequilibrium theory. Metastable dissociation of SF6-* appears to compete with autodetachment of the electron at all electron energies.

Quantum ground state of self-organized atomic crystals in optical resonators

Cold atoms, driven by a laser and simultaneously coupled to the quantum field of an optical resonator, may self-organize in periodic structures. These structures are supported by the optical lattice, which emerges from the laser light they scatter into the cavity mode and form when the laser intensity exceeds a threshold value. We study theoretically the quantum ground state of these structures above the pump threshold of self-organization by mapping the atomic dynamics of the self-organized crystal to a Bose-Hubbard model. We find that the quantum ground state of the self-organized structure can be the one of a Mott insulator, depending on the pump strength of the driving laser. For very large pump strengths, where the intracavity-field intensity is maximum and one would expect a Mott-insulator state, we find intervals of parameters where the phase is compressible. These states could be realized in existing experimental setups.

Entanglement entropy dynamics of Heisenberg chains

By means of the time dependent density matrix renormalization group algorithm we study the zero-temperature dynamics of the Von Neumann entropy of a block of spins in a Heisenberg chain after a sudden quench in the anisotropy parameter. In the absence of any disorder the block entropy increases linearly with time and then saturates. We analyse the velocity of propagation of the entanglement as a function of the initial and final anisotropies and compare our results, wherever possible, with those obtained by means of conformal field theory. In the disordered case we find a slower ( logarithmic) evolution which may signal the onset of entanglement localization.

A no-go result on the purification of quantum states

The information encoded in a quantum system is generally spoiled by the influences of its environment, leading to a transition from pure to mixed states. Reducing the mixedness of a state is a fundamental step in the quest for a feasible implementation of quantum technologies. Here we show that it is impossible to transfer part of such mixedness to a trash system without losing some of the initial information. Such loss is lower-bounded by a value determined by the properties of the initial state to purify. We discuss this interesting phenomenon and its consequences for general quantum information theory, linking it to the information theoretical primitive embodied by the quantum state-merging protocol and to the behaviour of general quantum correlations.

Dynamics of the entanglement spectrum in spin chains

We study the dynamics of the entanglement spectrum, that is the time evolution of the eigenvalues of the reduced density matrices after a bipartition of a one-dimensional spin chain. Starting from the ground state of an initial Hamiltonian, the state of the system is evolved in time with a new Hamiltonian. We consider both instantaneous and quasi adiabatic quenches of the system Hamiltonian across a quantum phase transition. We analyse the Ising model that can be exactly solved and the XXZ for which we employ the time-dependent density matrix renormalisation group algorithm. Our results show once more a connection between the Schmidt gap, i.e. the difference of the two largest eigenvalues of the reduced density matrix and order parameters, in this case the spontaneous magnetisation.

La structure de Jordan des matrices de transfert des modèles de boucles et la relation avec les hamiltoniens XXZ

Les modèles sur réseau comme ceux de la percolation, d’Ising et de Potts servent à décrire les transitions de phase en deux dimensions. La recherche de leur solution analytique passe par le calcul de la fonction de partition et la diagonalisation de matrices de transfert. Au point critique, ces modèles statistiques bidimensionnels sont invariants sous les transformations conformes et la construction de théories des champs conformes rationnelles, limites continues des modèles statistiques, permet un calcul de la fonction de partition au point critique. Plusieurs chercheurs pensent cependant que le paradigme des théories des champs conformes rationnelles peut être élargi pour inclure les modèles statistiques avec des matrices de transfert non diagonalisables. Ces modèles seraient alors décrits, dans la limite d’échelle, par des théories des champs logarithmiques et les représentations de l’algèbre de Virasoro intervenant dans la description des observables physiques seraient indécomposables. La matrice de transfert de boucles D_N(λ, u), un élément de l’algèbre de Temperley- Lieb, se manifeste dans les théories physiques à l’aide des représentations de connectivités ρ (link modules). L’espace vectoriel sur lequel agit cette représentation se décompose en secteurs étiquetés par un paramètre physique, le nombre d de défauts. L’action de cette représentation ne peut que diminuer ce nombre ou le laisser constant. La thèse est consacrée à l’identification de la structure de Jordan de D_N(λ, u) dans ces représentations. Le paramètre β = 2 cos λ = −(q + 1/q) fixe la théorie : β = 1 pour la percolation et √2 pour le modèle d’Ising, par exemple. Sur la géométrie du ruban, nous montrons que D_N(λ, u) possède les mêmes blocs de Jordan que F_N, son plus haut coefficient de Fourier. Nous étudions la non diagonalisabilité de F_N à l’aide des divergences de certaines composantes de ses vecteurs propres, qui apparaissent aux valeurs critiques de λ. Nous prouvons dans ρ(D_N(λ, u)) l’existence de cellules de Jordan intersectorielles, de rang 2 et couplant des secteurs d, d′ lorsque certaines contraintes sur λ, d, d′ et N sont satisfaites. Pour le modèle de polymères denses critique (β = 0) sur le ruban, les valeurs propres de ρ(D_N(λ, u)) étaient connues, mais les dégénérescences conjecturées. En construisant un isomorphisme entre les modules de connectivités et un sous-espace des modules de spins du modèle XXZ en q = i, nous prouvons cette conjecture. Nous montrons aussi que la restriction de l’hamiltonien de boucles à un secteur donné est diagonalisable et trouvons la forme de Jordan exacte de l’hamiltonien XX, non triviale pour N pair seulement. Enfin nous étudions la structure de Jordan de la matrice de transfert T_N(λ, ν) pour des conditions aux frontières périodiques. La matrice T_N(λ, ν) a des blocs de Jordan intrasectoriels et intersectoriels lorsque λ = πa/b, et a, b ∈ Z×. L’approche par F_N admet une généralisation qui permet de diagnostiquer des cellules intersectorielles dont le rang excède 2 dans certains cas et peut croître indéfiniment avec N. Pour les blocs de Jordan intrasectoriels, nous montrons que les représentations de connectivités sur le cylindre et celles du modèle XXZ sont isomorphes sauf pour certaines valeurs précises de q et du paramètre de torsion v. En utilisant le comportement de la transformation i_N^d dans un voisinage des valeurs critiques (q_c, v_c), nous construisons explicitement des vecteurs généralisés de Jordan de rang 2 et discutons l’existence de blocs de Jordan intrasectoriels de plus haut rang.

From Classical to Quantum Secret Sharing

Dans ce mémoire, nous nous pencherons tout particulièrement sur une primitive cryptographique connue sous le nom de partage de secret. Nous explorerons autant le domaine classique que le domaine quantique de ces primitives, couronnant notre étude par la présentation d’un nouveau protocole de partage de secret quantique nécessitant un nombre minimal de parts quantiques c.-à-d. une seule part quantique par participant. L’ouverture de notre étude se fera par la présentation dans le chapitre préliminaire d’un survol des notions mathématiques sous-jacentes à la théorie de l’information quantique ayant pour but primaire d’établir la notation utilisée dans ce manuscrit, ainsi que la présentation d’un précis des propriétés mathématique de l’état de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) fréquemment utilisé dans les domaines quantiques de la cryptographie et des jeux de la communication. Mais, comme nous l’avons mentionné plus haut, c’est le domaine cryptographique qui restera le point focal de cette étude. Dans le second chapitre, nous nous intéresserons à la théorie des codes correcteurs d’erreurs classiques et quantiques qui seront à leur tour d’extrême importances lors de l’introduction de la théorie quantique du partage de secret dans le chapitre suivant. Dans la première partie du troisième chapitre, nous nous concentrerons sur le domaine classique du partage de secret en présentant un cadre théorique général portant sur la construction de ces primitives illustrant tout au long les concepts introduits par des exemples présentés pour leurs intérêts autant historiques que pédagogiques. Ceci préparera le chemin pour notre exposé sur la théorie quantique du partage de secret qui sera le focus de la seconde partie de ce même chapitre. Nous présenterons alors les théorèmes et définitions les plus généraux connus à date portant sur la construction de ces primitives en portant un intérêt particulier au partage quantique à seuil. Nous montrerons le lien étroit entre la théorie quantique des codes correcteurs d’erreurs et celle du partage de secret. Ce lien est si étroit que l’on considère les codes correcteurs d’erreurs quantiques étaient de plus proches analogues aux partages de secrets quantiques que ne leur étaient les codes de partage de secrets classiques. Finalement, nous présenterons un de nos trois résultats parus dans A. Broadbent, P.-R. Chouha, A. Tapp (2009); un protocole sécuritaire et minimal de partage de secret quantique a seuil (les deux autres résultats dont nous traiterons pas ici portent sur la complexité de la communication et sur la simulation classique de l’état de GHZ).

Topological order in a broken-symmetry state

À travers cette thèse, nous revisitons les différentes étapes qui ont conduit à la découverte des isolants topologiques, suite à quoi nous nous penchons sur la question à savoir si une phase topologiquement non-triviale peut coexister avec un état de symétrie brisée. Nous abordons les concepts les plus importants dans la description de ce nouvel état de la matière, et tentons de comprendre les conséquences fascinantes qui en découlent. Il s’agit d’un champ de recherche fortement alimenté par la théorie, ainsi, l’étude du cadre théorique est nécessaire pour atteindre une compréhension profonde du sujet. Le chapitre 1 comprend un retour sur l’effet de Hall quantique, afin de motiver les sections subséquentes. Le chapitre 2 présente la première réalisation d’un isolant topologique à deux dimensions dans un puits quantique de HgTe/CdTe, suite à quoi ces résultats sont généralisés à trois dimensions. Nous verrons ensuite comment incorporer des principes de topologie dans la caractérisation d’un système spécifique, à l’aide d’invariants topologiques. Le chapitre 3 introduit le premier dérivé de l’état isolant topologique, soit l’isolant topologique antiferromagnétique (ITAF). Après avoir motivé théoriquement le sujet et introduit un invariant propre à ce nouvel état ITAF, qui est couplé à l’ordre de Néel, nous explorons, dans les chapitres 4 et 5, deux candidats de choix pour la phase ITAF : GdBiPt et NdBiPt.

Studies on Some Aspects of the Physics of the Early Universe Using Gravitationally Coupled Scalar Field –

This thesis deals with some aspects of the Physics of the early universe, like phase transitions, bubble nucleations and premodial density perturbations which lead to the formation structures in the universe. Quantum aspects of the gravitational interaction play an essential role in retical high-energy physics. The questions of the quantum gravity are naturally connected with early universe and Grand Unification Theories. In spite of numerous efforts, the various problems of quantum gravity remain still unsolved. In this condition, the consideration of different quantum gravity models is an inevitable stage to study the quantum aspects of gravitational interaction. The important role of gravitationally coupled scalar field in the physics of the early universe is discussed in this thesis. The study shows that the scalar-gravitational coupling and the scalar curvature did play a crucial role in determining the nature of phase transitions that took place in the early universe. The key idea in studying the formation structure in the universe is that of gravitational instability.

Continuum Double Exchange Model

We present a continuum model for doped manganites which consist of two species of quantum spin-1 / 2 fermions interacting with classical spin fields. The phase structure at zero temperature turns out to be considerably rich: antiferromagnetic insulator, antiferromagnetic two band conducting, canted two band conducting, canted one band conducting, and ferromagnetic one band conducting phases are identified, all of them being stable against phase separation. There are also regions in the phase diagram where phase separation occurs

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.