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.

Dynamics and intrinsic statistical fluctuations of a gene switch

We studied a simple gene regulatory network, the toggle switch. Specifically, we examined the means and statistical fluctuations in numbers of proteins. We found that when omega, the ratio of rates of protein-gene unbinding to protein degradation, was between similar to 10(-3) and similar to 10, the fluctuations were much larger than those we would have expected from Poisson statistics. In addition, we examined characteristic time values for system relaxation and found both that they increased with omega and that they have significant phase transition effects, with a secondary time scale appearing near the boundary between bistable and other phases. Last, we discuss the bistability of the toggle switch.

Comparing the morphology and phase diagram of H-shaped ABC block copolymers and linear ABC block copolymers

By using a combinatorial screening method based on the self-consistent field theory (SCFT) for polymers, we have investigated the morphology of H-shaped ABC block copolymers (A(2)BC(2)) and compared them with those of the linear ABC block copolymers. By changing the ratios of the volume fractions of two A arms and two C arms, one can obtain block copolymers with different architectures ranging from linear block copolymer to H-shaped block copolymer. By systematically varying the volume fractions of block A, B, and C, the triangle phase diagrams of the H-shaped ABC block copolymer with equal interactions among the three species are constructed. In this study, we find four different morphologies ( lamellar phase ( LAM), hexagonal lattice phase ( HEX), core-shell hexagonal lattice phase (CSH), and two interpenetrating tetragonal lattice (TET2)). Furthermore, the order-order transitions driven by architectural change are discussed.

Inverted to normal phase transition in solution-cast polystyrene-poly(methyl methacrylate) block copolymer thin films

We have investigated the inverted phase formation and the transition from inverted to normal phase for a cylinder-forming polystyrene-block-poly(methyl methacrylate) (PS-b-PMMA) diblock copolymer in solution-cast films with thickness about 300 nm during the process of the solution concentrating by slow solvent evaporation. The cast solvent is 1, 1,2,2-tetrachloroethane (Tetra-CE), a good solvent for both blocks but having preferential affinity for the minority PMMA block. During such solution concentrating process, the phase behavior was examined by freeze-drying the samples at different evaporation time, corresponding to at different block copolymer concentrations, phi. As phi increases from similar to 0.1 % (nu/nu), the phase structure evolved from the disordered sphere phase (DS), consisting of random arranged spheres with the majority PS block as I core and the minority PMMA block as a corona, to ordered inverted phases including inverted spheres (IS), inverted cylinders (IC), and inverted hexagonally perforated lamellae (IHPL) with the minority PMMA block comprising the continuum phase, and then to the lamellar (LAM) phase with alternate layers of the two blocks, and finally to the normal cylinder (NC) phase with the majority PS block comprising the continuum phase. The solvent nature and the copolymer solution concentration are shown to be mainly responsible for the inverted phase formation and the phase transition process.

Predicting the position of the spin-forbidden band for Tb3+ ions in crystal hosts

The energy difference DeltaE between the spin-allowed and spin-forbidden states of Tb3+ in crystals is studied. The environmental factor he representing the character of the host is redefined by using the chemical band of complex crystals. The relationship between h(e) and DeltaE is found to be a linear relation. The results show that the energy difference between the spin-forbidden and spin-allowed states for Tb3+ ions in crystals can be predicted from the environmental factor.

LIFETIMES OF RYDBERG LEVELS IN THE PERTURBED 6SNP P-1,3(1) SERIES OF YBI

Using two methods: (1) three-step excitation and (2) single UV photon excitation in an atomic beam with direct observation of the decay of the fluorescence light, we have measured the lifetimes of the Rydberg levels of YbI belonging to the perturbed series 6snp J = 1 levels. The measured values have been interpreted by the multichannel quantum defect theory (MQDT).

Dielectric responses of anisotropic graded granular composites having arbitrary inclusion shapes

The transformation field method (TFM) originated from Eshelby's transformation field theory is developed to estimate the effective permittivity of an anisotropic graded granular composite having inclusions of arbitrary shape and arbitrary anisotropic grading profile. The complicated boundary-value problem of the anisotropic graded composite is solved by introducing an appropriate transformation field within the whole composite region. As an example, the effective dielectric response for an anisotropic graded composite with inclusions having arbitrary geometrical shape and arbitrary grading profile is formulated. The validity of TFM is tested by comparing our results with the exact solution of an isotropic graded composite having inclusions with a power-law dielectric grading profile and good agreement is achieved in the dilute limit. Furthermore, it is found that the inclusion shape and the parameters of the grading profile can have profound effect on the effective permittivity at high concentrations of the inclusions. It is pointed out that TFM used in this paper can be further extended to investigate the effective elastic, thermal, and electroelastic properties of anisotropic graded granular composite materials.

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.

Coherently Opening a High-Q Cavity

We propose a general framework to effectively `open' a high-Q resonator, that is, to release the quantum state initially prepared in it in the form of a traveling electromagnetic wave. This is achieved by employing a mediating mode that scatters coherently the radiation from the resonator into a one-dimensional continuum of modes such as a waveguide. The same mechanism may be used to `feed' a desired quantum field to an initially empty cavity. Switching between an `open' and `closed' resonator may then be obtained by controlling either the detuning of the scatterer or the amount of time it spends in the resonator. First, we introduce the model in its general form, identifying (i) the traveling mode that optimally retains the full quantum information of the resonator field and (ii) a suitable figure of merit that we study analytically in terms of the system parameters. Then, we discuss two feasible implementations based on ensembles of two-level atoms interacting with cavity fields. In addition, we discuss how to integrate traditional cavity QED in our proposal using three-level atoms.

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.

A pureza perdida do desporto : futebol no Estado Novo

Tese de doutoramento, Sociologia (Teorias e Métodos de Sociologia), Universidade de Lisboa, Instituto de Ciências Sociais, 2014

Erreurs arithmétiques des élèves et interventions de l'enseignant débutant : une analyse didactique en termes de schèmes

Ancrée dans le domaine de la didactique des mathématiques, notre thèse cible le « travail de l’erreur » effectué par trois enseignants dans leur première année de carrière. Libérés des contraintes associées au système de formation initiale, ces sujets assument pleinement leur nouveau rôle au sein de la classe ordinaire. Ils se chargent, entre autres, de l’enseignement de l’arithmétique et, plus précisément, de la division euclidienne. Parmi leurs responsabilités se trouvent le repérage et l’intervention sur les procédures erronées. Le « travail de l’erreur » constitue l’expression spécifique désignant cette double tâche (Portugais 1995). À partir d’un dispositif de recherche combinant les méthodes d’observation et d’entrevue, nous documentons des séances d’enseignement afin de dégager les situations où nos maîtres du primaire identifient des erreurs dans les procédures algorithmiques des élèves et déploient, subséquemment, des stratégies d’intervention. Nous montrons comment ces deux activités sont coordonnées en décrivant les choix, décisions et actions mises en œuvre par nos sujets. Il nous est alors possible d’exposer l’organisation de la conduite de ces jeunes enseignants en fonction du traitement effectif de l’erreur arithmétique. En prenant appui sur la théorie de champs conceptuels (Vergnaud 1991), nous révélons l’implicite des connaissances mobilisées par nos sujets et mettons en relief les mécanismes cognitifs qui sous-tendent cette activité professionnelle. Nous pouvons ainsi témoigner, du moins en partie, du travail de conceptualisation réalisé in situ. Ce travail analytique permet de proposer l’existence d’un schème du travail de l’erreur chez ces maîtres débutants, mais aussi de spécifier sa nature et son fonctionnement. En explorant le versant cognitif de l’activité enseignante, notre thèse aborde une nouvelle perspective associée au thème du repérage et de l’intervention sur l’erreur de calcul de divisions en colonne.

Équations différentielles issues des vecteurs singuliers des représentations de l'algèbre de Virasoro

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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.

La traduction de la littérature hispano-américaine au Québec : de l'intégration immigrante à la mondialisation éditoriale

En 2012, la traduction au Québec d'ouvrages littéraires d'auteurs issus de l'Amérique hispanique est encore un phénomène marginal. Pourtant, les entreprises de traduction de tels ouvrages se sont faites plus nombreuses au cours des vingt dernières années, et deux maisons d'édition québécoises leur ont fait la part belle : Les Écrits des Forges et Les Allusifs. La première a publié en français de nombreux canons de la poésie mexicaine tandis que la seconde possède à son catalogue (maintenant chez Leméac) bon nombre d'auteurs hispano-américains. Les efforts de ces éditeurs ont été précédés d'un premier mouvement d'accueil de la littérature hispano-américaine, mouvement principalement lié à la venue au Canada d'auteurs hispano-américains immigrants, souvent des réfugiés qui avaient fui la guerre ou la dictature dans leur pays d'origine. À partir de la théorie des champs de Pierre Bourdieu et de l’application de cette théorie à l’espace littéraire international par Pascale Casanova, ce mémoire cherche à expliquer plus en détail les conditions et logiques qui sous-tendent la traduction et l’édition des littératures hispano-américaines au Québec. Pour ce faire, il analyse la trajectoire de trois auteurs dont chacun a vu au moins un de ses titres publié en français. Ces auteurs sont le Salvadorien Horacio Castellanos Moya, dont le roman intitulé Le Dégoût a été publié aux Allusifs en 2003, le Mexicain Jaime Sabines, dont Poemas del peatón/Poèmes du piéton a été publié aux Écrits des Forges en 1997, et la Colombienne québécoise Yvonne América Truque, dont le recueil de poèmes Proyección de los silencios/Projection des silences a été publié au CÉDAH en 1986. Chacune des trajectoires illustre un modèle de production et de diffusion particulier de la littérature hispano-américaine en traduction qui s’est manifesté durant les vingt dernières années. Ensemble, elles permettent de dégager le parcours évolutif de l’édition vers une intégration de plus en plus mondialisée des mécanismes de diffusion des biens symboliques.