Condizioni di equilibrio di una nana bianca

Il seguente lavoro di tesi descrive un modello fisico di nana bianca all'equilibrio partendo da dati empirici tipici per tali stelle. Si schematizza la stella come una sfera di gas He completamente ionizzato di densità uniforme, a temperatura T=const e soggetta ad un potenziale gravitazionale centrale. Il gas si costituisce di una parte degenere relativistica (elettroni) ed una parte classica ideale (gli ioni). Si procede ricavando le relazioni essenziali per determinare le proprietà di un gas di Fermi degenere relativistico, mostrando come, al limite di Boltzmann, descrivano anche il caso classico. La trattazione teorica è progressivamente supportata dalle stime dei parametri caratteristici delle due componenti del gas per verificare le loro condizioni fisiche e stimare l'importanza dei rispettivi contributi all'intero sistema. Si procede quindi all'esposizione dell'equilibrio tra pressione degenere ed attrazione gravitazionale ponendo particolare attenzione alla relazione raggio-massa. Infine si discutono le condizioni entro le quali un sistema fisico con tali caratteristiche può sussistere, con esplicito riferimento al limite di Chandrasekhar.

High-energy view of radio galaxies: prospects for the new generation of Cherenkov telescopes

I Nuclei Galattici Attivi (AGN) sono sorgenti luminose e compatte alimentate dall'accrescimento di materia sul buco nero supermassiccio al centro di una galassia. Una frazione di AGN, detta "radio-loud", emette fortemente nel radio grazie a getti relativistici accelerati dal buco nero. I Misaligned AGN (MAGN) sono sorgenti radio-loud il cui getto non è allineato con la nostra linea di vista (radiogalassie e SSRQ). La grande maggioranza delle sorgenti extragalattiche osservate in banda gamma sono blazar, mentre, in particolare in banda TeV, abbiamo solo 4 MAGN osservati. Lo scopo di questa tesi è valutare l'impatto del Cherenkov Telescope Array (CTA), il nuovo strumento TeV, sugli studi di MAGN. Dopo aver studiato le proprietà dei 4 MAGN TeV usando dati MeV-GeV dal telescopio Fermi e dati TeV dalla letteratura, abbiamo assunto come candidati TeV i MAGN osservati da Fermi. Abbiamo quindi simulato 50 ore di osservazioni CTA per ogni sorgente e calcolato la loro significatività. Assumendo una estrapolazione diretta dello spettro Fermi, prevediamo la scoperta di 9 nuovi MAGN TeV con il CTA, tutte sorgenti locali di tipo FR I. Applicando un cutoff esponenziale a 100 GeV, come forma spettrale più realistica secondo i dati osservativi, prevediamo la scoperta di 2-3 nuovi MAGN TeV. Per quanto riguarda l'analisi spettrale con il CTA, secondo i nostri studi sarà possibile ottenere uno spettro per 5 nuove sorgenti con tempi osservativi dell'ordine di 250 ore. In entrambi i casi, i candidati migliori risultano essere sempre sorgenti locali (z<0.1) e con spettro Fermi piatto (Gamma<2.2). La migliore strategia osservativa per ottenere questi risultati non corrisponde con i piani attuali per il CTA che prevedono una survey non puntata, in quanto queste sorgenti sono deboli, e necessitano di lunghe osservazioni puntate per essere rilevate (almeno 50 ore per studi di flusso integrato e 250 per studi spettrali).

Teorema del Viriale

In questo elaborato si presenta il teorema del viriale, introdotto per la prima volta da R. J. E. Clausius nel 1870. É una relazione fra energia cinetica e poteziale totali di un sistema che, se soddisfatta, implica che questo sia in equilibrio. Sono equivalenti le affermazioni: "sistema virializzato" e "sistema in equilibrio". Sebbene in ordine cronologico la prima formulazione del teorema sia stata quella in forma scalare, ricaveremo, per maggiore generalità, la forma tensoriale, dalla quale estrarremo quella scalare come caso particolare. Sono di nostro interesse i sistemi astrofisici dinamici autogravitanti costituiti da N particelle (intese come stelle, gas etc.), perciò la trattazione teorica è dedotta per tali configurazioni. In seguito ci concentreremo su alcune applicazioni astrofisiche. In primo luogo analizzeremo sistemi autogravitanti, per cui l'unica energia potenziale in gioco è quella dovuta a campi gravitazionali. Sarà quindi ricavato il limite di Jeans per l'instabilità gravitazionale, con conseguente descrizione del processo di formazione stellare, la stima della quantità di materia oscura in questi sistemi e il motivo dello schiacciamento delle galassie ellittiche. Successivamente introdurremo nell'energia potenziale un termine dovuto al campo magnetico, seguendo il lavoro di Fermi e Chandrasekhar, andando a vedere come si modifica il teorema e quali sono le implicazioni nella stabilità delle strutture stellari. Per motivi di spazio, queste trattazioni saranno presentate in termini generali e con approssimazioni, non potendo approfondire casi più specifici.

L'importanza dei tempi di osservazione nella formulazione dell'ipotesi ergodica

Questo elaborato tratta dell'ipotesi ergodica, problema centrale nell'ambito della giustificazione dei risultati della meccanica statistica, e dell'importanza che svolge in essa il tempo di osservazione. Dopo aver presentato varie formulazioni del problema ergodico, si esamina la questione dei tempi di ritorno e si mostra come il teorema di ricorrenza di Poincaré non sia in contraddizione con la possibilità del raggiungimento dell'equilibrio. Infine, l'analisi dell'apparente paradosso di Fermi-Pasta-Ulam e la discussione di alcune proposte di soluzione mostrano un'applicazione della trattazione astratta condotta precedentemente.

Proprietà radio dei blazar e loro uso nell'identificazione di sorgenti gamma extragalattiche

L'identificazione di un blazar è molto difficile, questo è un oggetto molto particolare e che ha un'attività molto ricca. Nella pratica l'identificazione di un blazar avviene confrontando la sua emissione in banda radio con la sua emissione in banda gamma, che sono entrambe proprie dei blazar. Il problema è che non si dispone di un telescopio in grado di rivelare con estrema precisione entrambe le bande, quindi si procede utilizzando i dati radio provenienti da un dato radiotelescopio e i dati in banda gamma provenienti da un altro telescopio. Quando le emissioni nelle due bande presentano, ad esempio, una variabilità simultanea, l'identificazione è certa. Ma questa minoranza di casi non è molto frequente e quindi spesso si procede con un'analisi probabilistica basata sulle posizioni delle sorgenti. Il lancio di Fermi nel 2008 ha portato ad un fortissimo aumento del numero di sorgenti gamma note e, fra queste, la maggior parte sono blazar. Una significativa frazione di queste sorgenti Fermi (circa il 30%) rimane non identificata. In questo lavoro vengono inizialmente caratterizzate le proprietà radio dei blazar e in particolare dei blazar gamma noti finora. In seguito verrà approfondita l'analisi delle sorgenti Fermi non identificate per stabilire una possibile compatibilità con le proprietà dei blazar e quindi per cercare di capire se queste sorgenti possano essere a loro volta dei blazar non ancora riconosciuti.

Contributions of the W-boson propagator to the μ and τ leptonic decay rates

We derive closed expressions and useful expansions for the contributions of the tree-level W-boson propagator to the the muon and tau leptonic decay rates. Calling M and m the masses of the initial and final charged leptons, our results in the limit m=0 are valid to all orders in M^2/M_W^2. In the terms of O(m_j^2/M_W^2) (m_j=M,m), our leading corrections, of O(M^2/M_W^2), agree with the canonical value (3/5) M^2/M_W^2, while the coefficient of our subleading contributions, of O(m^2/M_W^2), differs from that reported in the recent literature. A possible explanation of the discrepancy is presented. The numerical effect of the O(m_j^2/M_W^2) corrections is briefly discussed. A general expression, valid for arbitrary values of M_W, M and m in the range M_W>M>m, is given in the Appendix. The paper also contains a review of the traditional definition and evaluation of the Fermi constant.

Highly-effective gating of single-molecule junctions: an electrochemical approach

We report an electrochemical gating approach with [similar]100% efficiency to tune the conductance of single-molecule 4,4′-bipyridine junctions using scanning-tunnelling-microscopy break junction technique. Density functional theory calculation suggests that electrochemical gating aligns molecular frontier orbitals relative to the electrode Fermi-level, switching the molecule from an off resonance state to “partial” resonance.

Redox control of thermopower and figure of merit in phase-coherent molecular wires

We demonstrate how redox control of intra-molecular quantum interference in phase-coherent molecular wires can be used to enhance the thermopower (Seebeck coefficient) S and thermoelectric figure of merit ZT of single molecules attached to nanogap electrodes. Using first principles theory, we study the thermoelectric properties of a family of nine molecules, which consist of dithiol-terminated oligo (phenylene-ethynylenes) (OPEs) containing various central units. Uniquely, one molecule of this family possesses a conjugated acene-based central backbone attached via triple bonds to terminal sulfur atoms bound to gold electrodes and incorporates a fully conjugated hydroquinonecentral unit. We demonstrate that both S and the electronic contribution Z el T to the figure of merit ZT can be dramatically enhanced by oxidizing the hydroquinone to yield a second molecule, which possesses a cross-conjugated anthraquinone central unit. This enhancement originates from the conversion of the pi-conjugation in the former to cross-conjugation in the latter, which promotes the appearance of a sharp anti-resonance at the Fermi energy. Comparison with thermoelectric properties of the remaining seven conjugated molecules demonstrates that such large values of S and Z el T are unprecedented. We also evaluate the phonon contribution to the thermal conductance, which allows us to compute the full figure of merit ZT = Z el T/(1 + κ p/κ el), where κ p is the phonon contribution to the thermal conductance and κ el is the electronic contribution. For unstructured gold electrodes, κ p/κ el Gt⃒ 1 and therefore strategies to reduce κ p are needed to realize the highest possible figure of merit.

A steerable UV laser system for the calibration of liquid argon time projection chambers

A number of liquid argon time projection chambers (LAr TPCs) are being built or are proposed for neutrino experiments on long- and short baseline beams. For these detectors, a distortion in the drift field due to geometrical or physics reasons can affect the reconstruction of the events. Depending on the TPC geometry and electric drift field intensity, this distortion could be of the same magnitude as the drift field itself. Recently, we presented a method to calibrate the drift field and correct for these possible distortions. While straight cosmic ray muon tracks could be used for calibration, multiple coulomb scattering and momentum uncertainties allow only a limited resolution. A UV laser instead can create straight ionization tracks in liquid argon, and allows one to map the drift field along different paths in the TPC inner volume. Here we present a UV laser feed-through design with a steerable UV mirror immersed in liquid argon that can point the laser beam at many locations through the TPC. The straight ionization paths are sensitive to drift field distortions, a fit of these distortion to the linear optical path allows to extract the drift field, by using these laser tracks along the whole TPC volume one can obtain a 3D drift field map. The UV laser feed-through assembly is a prototype of the system that will be used for the MicroBooNE experiment at the Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL).

Detection of back-to-back proton pairs in charged-current neutrino interactions with the ArgoNeuT detector in the NuMI low energy beam line

Short range nucleon-nucleon correlations in nuclei (NN SRC) carry important information on nuclear structure and dynamics. NN SRC have been extensively probed through two-nucleon knock- out reactions in both pion and electron scattering experiments. We report here on the detection of two-nucleon knock-out events from neutrino interactions and discuss their topological features as possibly involving NN SRC content in the target argon nuclei. The ArgoNeuT detector in the Main Injector neutrino beam at Fermilab has recorded a sample of 30 fully reconstructed charged current events where the leading muon is accompanied by a pair of protons at the interaction vertex, 19 of which have both protons above the Fermi momentum of the Ar nucleus. Out of these 19 events, four are found with the two protons in a strictly back-to-back high momenta configuration directly observed in the final state and can be associated to nucleon Resonance pionless mechanisms involving a pre-existing short range correlated np pair in the nucleus. Another fraction (four events) of the remaining 15 events have a reconstructed back-to-back configuration of a np pair in the initial state, a signature compatible with one-body Quasi Elastic interaction on a neutron in a SRC pair. The detection of these two subsamples of the collected (mu- + 2p) events suggests that mechanisms directly involving nucleon-nucleon SRC pairs in the nucleus are active and can be efficiently explored in neutrino-argon interactions with the LAr TPC technology.

Motion-insensitive determination of B1+ amplitudes based on the bloch-siegert shift in single voxels of moving organs including the human heart.

PURPOSE To reliably determine the amplitude of the transmit radiofrequency ( B1+) field in moving organs like the liver and heart, where most current techniques are usually not feasible. METHODS B1+ field measurement based on the Bloch-Siegert shift induced by a pair of Fermi pulses in a double-triggered modified Point RESolved Spectroscopy (PRESS) sequence with motion-compensated crusher gradients has been developed. Performance of the sequence was tested in moving phantoms and in muscle, liver, and heart of six healthy volunteers each, using different arrangements of transmit/receive coils. RESULTS B1+ determination in a moving phantom was almost independent of type and amplitude of the motion and agreed well with theory. In vivo, repeated measurements led to very small coefficients of variance (CV) if the amplitude of the Fermi pulse was chosen above an appropriate level (CV in muscle 0.6%, liver 1.6%, heart 2.3% with moderate amplitude of the Fermi pulses and 1.2% with stronger Fermi pulses). CONCLUSION The proposed sequence shows a very robust determination of B1+ in a single voxel even under challenging conditions (transmission with a surface coil or measurements in the heart without breath-hold). Magn Reson Med, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Application of photoluminescence and electroluminescence techniques to the characterization of intermediate band solar cells

The intermediatebandsolarcell (IBSC) is a photovoltaic device with a theoretical conversion efficiency limit of 63.2%. In recent years many attempts have been made to fabricate an intermediateband material which behaves as the theory states. One characteristic feature of an IBSC is its luminescence spectrum. In this work the temperature dependence of the photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL) spectra of InAs/GaAs QD-IBSCs together with their reference cell have been studied. It is shown that EL measurements provide more reliable information about the behaviour of the IB material inside the IBSC structure than PL measurements. At low temperatures, the EL spectra are consistent with the quasi-Fermi level splits described by the IBSC model, whereas at room temperature they are not. This result is in agreement with previously reported analysis of the quantum efficiency of the solarcells

Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor

El control inteligente de vehículos autónomos es uno de los retos actuales más importantes de los Sistemas Inteligentes de Transporte. La aplicación de técnicas de inteligencia artificial para la gestión automática de los actuadores del vehículo permite a los diferentes sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y a los sistemas de conducción autónoma, realizar una gestión de nivel bajo de una manera muy similar a la de los conductores humanos, mejorando la seguridad y el confort. En este artículo se presenta un esquema de control para gestionar estos actuadores de bajo nivel del vehículo (dirección, acelerador y freno). Este sistema automático de control de bajo nivel se ha definido, implementado y probado en un vehículo Citroën C3 Pluriel, cuyos actuadores han sido automatizados y pueden recibir señales de control desde un ordenador de a bordo.

Nanotechnology for more efficient photovoltaics: the quantum dot intermediate band solar cell

The intermediate band solar cell [1] has been proposed as a concept able to substantially enhance the efficiency limit of an ordinary single junction solar cell. If a band permitted for electrons is inserted within the forbidden band of a semiconductor then a novel path for photo generation is open: electron hole pairs may be formed by the successive absorption of two sub band gap photons using the intermediate band (IB) as a stepping stone. While the increase of the photovoltaic (PV) current is not a big achievement —it suffices to reduce the band gap— the achievement of this extra current at high voltage is the key of the IB concept. In ordinary cells the voltage is limited by the band gap so that reducing it would also reduce the band gap. In the intermediate band solar cell the high voltage is produced when the IB is permitted to have a Quasi Fermi Level (QFL) different from those of the Conduction Band (CB) and the Valence Band (VB). For it the cell must be properly isolated from the external contacts, which is achieved by putting the IB material between two n- and p-type ordinary semiconductors [2]. Efficiency thermodynamic limit of 63% is obtained for the IB solar cell1 vs. the 40% obtained [3] for ordinary single junction solar cells. Detailed information about the IB solar cells can be found elsewhere [4].

Retratos de la conexión fotovoltaica a la red (XVII) El fotovoltaico y la calidad del ser vicio eléctrico: el asunto de las fluctuaciones de potencia

..el reto...de acomodar en nuestro sistema eléctrico las energías renovables… con una gran variabilidad en su aportación en función de las condiciones climáticas y, por tanto, con menor firmeza a la hora de asegurar el equilibrio instantáneo entre la producción y el consumo, que constituye un principio sagrado de la estabilidad de los sistemas eléctricos”..La frecuencia de un sistema eléctrico convencional, basado en máquinas sincrónicas, resulta del equilibrio entre las potencias activas generada y consumida. Así, partiendo de una situación estable (potencia consumida igual a generada, y frecuencia igual a la de referencia) la frecuencia tiende a subir cuando se produce un superávit de potencia, es decir, cuando la generación crece por encima de la demanda y, viceversa, tiende a bajar cuando se produce un déficit de potencia. El andar de un coche puede servir de símil: si circulamos por una recta a velocidad constante (la potencia del motor es igual a la disipada en rozamiento con el aire y con el asfalto que, a su vez, es proporcional a la velocidad) y llegamos a una cuesta arriba la velocidad tiende a reducirse (ahora, la potencia del motor es igual a la disipada en rozamiento más la de elevación del coche en contra de la gravedad. Esta última hace que, si la potencia del motor se mantiene igual que antes, la disponible para disipar en rozamiento sea forzosamente menor y el coche vaya más despacio) y para compensar este efecto es necesario pisar el acelerador (ahora la potencia del motor crece, permitiendo compensar la de elevación y mantener constante la de rozamiento). El símil se establece equiparando la velocidad a la frecuencia, la potencia del motor a la potencia generada, y la potencia disipada en rozamiento y en elevación a la potencia consumida.