Self-bound droplet of Bose and Fermi atoms in one dimension: Collective properties in mean-field and Tonks-Girardeau regimes

We investigate a dilute mixture of bosons and spin-polarized fermions in one dimension. With an attractive Bose-Fermi scattering length the ground state is a self-bound droplet, i.e., a Bose-Fermi bright soliton where the Bose and Fermi clouds are superimposed. We find that the quantum fluctuations stabilize the Bose-Fermi soliton such that the one-dimensional bright soliton exists for any finite attractive Bose-Fermi scattering length. We study density profile and collective excitations of the atomic bright soliton showing that they depend on the bosonic regime involved: mean-field or Tonks-Girardeau.

Avaliação da distribuição da densidade em MDF a partir da técnica da onda de ultra-som

The goal of this research was to determine the density distribution in medium density fiberboard (MDF), manufactured with polyurethane derived from castor oil using, ultrasonic wave technique. The equipment used in this test is Steinkamp BP7 with plan and exponential transducers, both with 45 kHz frequencies, located in several zones on the plate in order to determine wave ultrasonic velocity. The Pinus caribaea and Eucalyptus grandis fiberboard were manufactured in the quality control and products development laboratory of Duratex with 500 mm long, 500 mm large, 8 and 15 mm of thickness. Three MDF for each fiber specimen and thickness were fabricated, totalizing twelve plates tested. The MDF were produced with 5% polyurethane addition, in temperature of 160°C, tension press of 53 bars and addition of moisture content of 12%. For determination of fiberboard density, samples were extracted from the same zones where the wave ultrasonic velocity was determined. In this case, DAX-Ray equipment was used. Statistical analysis shows good agreement with wave ultrasonic velocity and the density profile, validating the application of non-destructive technique in order to determine the density profile of MDF's.

Spontaneous symmetry breaking in a spin-orbit-coupled f=2 spinor condensate

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

Evolution of Goldstone mode in binary condensate mixtures

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

Newtonian acceleration scales in spiral galaxies

We revisit the issue of the constancy of the dark matter (DM) and baryonic Newtonian acceleration scales within the DM scale radius by considering a large sample of late-type galaxies. We rely on a Markov Chain Monte Carlo method to estimate the parameters of the halo model and the stellar mass-to-light ratio and then propagate the uncertainties from the rotation curve data to the estimate of the acceleration scales. This procedure allows us to compile a catalogue of 58 objects with estimated values of the B-band absolute magnitude M-B, the virial mass M-vir, and the DM and baryonic Newtonian accelerations (denoted as g(DM)(r(0)) and g(bar)(r(0)), respectively) within the scale radius r(0) which we use to investigate whether it is possible to define a universal acceleration scale. We find a weak but statistically meaningful correlation with M-vir thus making us argue against the universality of the acceleration scales. However, the results somewhat depend on the sample adopted so that a careful analysis of selection effects should be carried out before any definitive conclusion can be drawn.

X-ray densitometry to assess internal seed morphology and quality

Non-destructive procedures are desirable for a precise internal seed morphology assessment. In this research the efficiency of X-ray densitometry for internal seed morphology analysis and physical quality of squash, melon and watermelon was evaluated. Seeds were submitted to X-ray densitometry and a typical density profile for each seed was generated. Based on the detailed densitometry profiles it was possible indicate density values for specific seed regions of the seeds and identify causes of poor germination. X-ray densitometry was considered as a promising non-destructive procedure to evaluate internal seed morphology of squash, melon and watermelon and demonstrated a strong potential for further research in seed testing.

Characterisation of young stellar clusters

Aims. Several embedded clusters are found in the Galaxy. Depending on the formation scenario, most of them can evolve to unbounded groups that are dissolved within 10 Myr to 20 Myr. A systematic study of young stellar clusters that show distinct characteristics provides interesting information on the evolutionary phases during the pre-main sequence. To identify and to understand these phases we performed a comparative study of 21 young stellar clusters. Methods. Near-infrared data from 2MASS were used to determine the structural and fundamental parameters based on surface stellar density maps, radial density profile, and colour-magnitude diagrams. The cluster members were selected according to their membership probability, which is based on the statistical comparison with the cluster proper motion. Additional members were selected on the basis of a decontamination procedure that was adopted to distinguish field stars found in the direction of the cluster area. Results. We obtained age and mass distributions by comparing pre-main sequence models with the position of cluster members in the colour-magnitude diagram. The mean age of our sample is similar to 5 Myr, where 57% of the objects is found in the 4-10 Myr range of age, while 43% is <4 Myr old. Their low E(B - V) indicate that the members are not suffering high extinction (AV <1 mag), which means they are more likely young stellar groups than embedded clusters. Relations between structural and fundamental parameters were used to verify differences and similarities that could be found among the clusters. The parameters of most of the objects show the same trends or correlations. Comparisons with other young clusters show similar relations among mass, radius, and density. Our sample tends to have larger radius and lower volumetric density than embedded clusters. These differences are compatible with the mean age of our sample, which we consider intermediate between the embedded and the exposed phases of the stellar clusters evolution.

Gaussian deconvolution: a useful method for a form-free modeling of scattering data from mono- and multilayered planar systems

A new method for analysis of scattering data from lamellar bilayer systems is presented. The method employs a form-free description of the cross-section structure of the bilayer and the fit is performed directly to the scattering data, introducing also a structure factor when required. The cross-section structure (electron density profile in the case of X-ray scattering) is described by a set of Gaussian functions and the technique is termed Gaussian deconvolution. The coefficients of the Gaussians are optimized using a constrained least-squares routine that induces smoothness of the electron density profile. The optimization is coupled with the point-of-inflection method for determining the optimal weight of the smoothness. With the new approach, it is possible to optimize simultaneously the form factor, structure factor and several other parameters in the model. The applicability of this method is demonstrated by using it in a study of a multilamellar system composed of lecithin bilayers, where the form factor and structure factor are obtained simultaneously, and the obtained results provided new insight into this very well known system.

Analysis of Electrostatic Turbulence Drive in Texas Helimak.

Plasma turbulence and particle transport in Texas Helimak change with the radial electric field profile modified by an external voltage bias. When the bias is positive, the turbulence shows enhanced level and broadband spectra with extreme events, similar to the turbulence in tokamak scrape-‐off layer. However, negative bias reduces the turbulence level and decreases the spectrum widths. Moreover, for negative biased shots, the particle transport is strongly affected by a wave particle resonant interaction. On the other hand, for positive bias values, the plasma presents a transport barrier in the reversed shear flow region.

Beeinflussung der Grenzflächenspannung zwischen den Schmelzen "unverträglicher" Homopolymere durch Copolymere

Im Rahmen dieser Arbeit wurde am System Polyethylenoxid / Polypropylenoxid (PEO / PPO) der Einfluß von Copolymeren auf die Grenzflächenspannung Sigma von Homopolymerblends untersucht. Als Additive dienten Triblockcopolymere EO-block-PO-block-EO bzw. PO-block-EO-block-PO, Diblockcopolymere S-block-EO sowie statistische Copolymere EO-ran-PO. Die Additive wurden so ausgewählt, daß sich Paare von Additiven jeweils in genau einer Eigenschaft (Zusammensetzung, Kettenlänge, Blockanordnung) unterscheiden, in allen anderen Parametern jedoch vergleichbar sind. Die Grenzflächenspannung wurde experimentell mit Hilfe der Pendant-Drop-Methode in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt, wobei das Polymer mit der höheren Dichte, PEO, die Tropfenphase und PPO die Matrixphase bildet. Das Additiv wurde bei Messung der Grenzflächenspannung der ternären Systeme in unterschiedlichen Konzentrationen entweder einer oder beiden Homopolymerphasen zugegeben. Die Konzentrationsabhängigkeit von Sigma lässt sich sowohl mit dem Modell von Tang und Huang als auch mit einem Langmuir-analogen Ansatz gut beschreiben.Um den Zusammenhang zwischen sigma und dem Phasenverhalten zu untersuchen, wurden für einige der ternären Systeme Trübungskurven bei 100°C aufgenommen. Der Vergleich zwischen den Phasendiagrammen und den korrespondierenden Werten von sigma weist darauf hin, dass ein Additiv sigma gerade dann wirksam reduziert, wenn es einem Homopolymer zugefügt wird, mit dem es nur begrenzt verträglich ist, da dann die Triebkraft zur Anlagerung an der Grenzfläche besonders ausgeprägt ist. Das bereits bekannte Phänomen, wonach der Wert der Grenzflächenspannung davon abhängig sein kann, in welcher der Phasen das Additiv zu Beginn der Messung vorliegt, wurde ausführlich untersucht. Es wird angenommen, dass das System nicht in jedem Fall das thermodynamische Gleichgewicht erlangt und der beobachtete Effekt auf das Erreichen stationärer Zustände zurückzuführen ist. Dieses Verhalten kann mit einem Modell beschrieben werden, in welches das Viskositätsverhältnis der Homopolymere sowie der Verteilungskoeffizient des Copolymers zwischen den Homopolymerphasen eingehen. Aus Löslichkeitsparametern wurde der binäre Wechselwirkungsparameter Chi PEO/PPO = 0.18 abgeschätzt und mit diesem die theoretischen Werte für sigma zwischen PEO und PPO nach den Modellen von Roe bzw. Helfand und Tagami berechnet. Der Vergleich mit den experimentellen Daten des binären Systems zeigt, dass beide Ansätze sigma-Werte liefern, die in der Größenordnung der experimentellen Daten liegen, hierbei erweist sich der Ansatz von Roe als besonders geeignet. Die Temperaturabhängigkeit der Grenzflächenspannung wird jedoch durch beide Ansätze unzutreffend wiedergegeben. Mit dem Modell von Helfand und Tagami wurden eine Grenzflächendicke von 7.9 Å und das Dichteprofil der Grenzfläche berechnet. Für die Copolymere EO92PO56EO92 und S9EO22 (die Indices geben die Zahl der Monomereinheiten an) können die Grenzflächenüberschusskonzentrationen, die kritische Mizellenkonzentration sowie der einem Additivmolekül an der Grenzschicht zur Verfügung stehende Platz bestimmt werden.Der Vergleich unterschiedlicher Copolymere hinsichtlich ihrer Fähigkeit, sigma wirkungsvoll herabzusetzen, zeigt, dass im Fall von Triblockcopolymeren die Anordnung der Blöcke gegenüber der Zusammensetzung eine untergeordnete Rolle spielt. Mit zunehmender Kettenlänge nimmt die Effektivität als Compatibilizer sowohl bei Blockcopolymeren als auch bei statistischen Copolymeren zu.

Grazing incidence pumped Zr x-ray laser for spectroscopy on Li-like ions

X-ray laser fluorescence spectroscopy of the 2s-2p transition in Li-like ions is promising to become a widely applicable tool to provide information on the nuclear charge radii of stable and radioactive isotopes. For performing such experiments at the Experimental Storage Ring ESR, and the future NESR within the FAIR Project, a grazing incidence pumped (GRIP) x-ray laser (XRL) was set up at GSI Darmstadt using PHELIX (Petawatt High Energy Laser for heavy Ions eXperiments). The experiments demonstrated that lasing using the GRIP geometry could be achieved with relatively low pump energy, a prerequisite for higher repetition rate. In the first chapter the need of a plasma XRL is motivated and a short history of the plasma XRL is presented. The distinctive characteristic of the GRIP method is the controlled deposition of the pump laser energy into the desired plasma density region. While up to now the analysis performed were mostly concerned with the plasma density at the turning point of the main pump pulse, in this thesis it is demonstrated that also the energy deposition is significantly modified for the GRIP method, being sensitive in different ways to a large number of parameters. In the second chapter, the theoretical description of the plasma evolution, active medium and XRL emission properties are reviewed. In addition an innovative analysis of the laser absorption in plasma which includes an inverse Bremsstrahlung (IB) correction factor is presented. The third chapter gives an overview of the experimental set-up and diagnostics, providing an analytical formula for the average and instantaneous traveling wave speed generated with a tilted, on-axis spherical mirror, the only focusing system used up to now in GRIP XRL. The fourth chapter describes the experimental optimization and results. The emphasis is on the effect of the incidence angle of the main pump pulse on the absorption in plasma and on output and gain in different lasing lines. This is compared to the theoretical results for two different incidence angles. Significant corrections for the temperature evolution during the main pump pulse due to the incidence angle are demonstrated in comparison to a simple analytical model which does not take into account the pumping geometry. A much better agreement is reached by the model developed in this thesis. An interesting result is also the appearance of a central dip in the spatially resolved keV emission which was observed in the XRL experiments for the first time and correlates well with previous near field imaging and plasma density profile measurements. In the conclusion also an outlook to the generation of shorter wavelength XRL’s is given.

Eine kontinuierliche Lyman-alpha-Quelle basierend auf Festkörperlasersystemen

In dieser Arbeit wird eine schmalbandige kontinuierliche kohärente Lyman-α-Quelle basierend auf Festkörperlasersystemen zur zukünftigen Kühlung von Antiwasserstoff vorgestellt. Die fundamentalen Festkörperlasersysteme ermöglichen es im Vier-Wellen-Misch-Prozess zur Erzeugung der Lyman-α-Strahlung nicht nur die 6^1S – 7^1S-Zwei-Photonen-Resonanz des Quecksilbers sondern erstmals auch die 6^1S – 6^3P-Ein-Photonen-Resonanz zur Erhöhung der Konversionseffizienz optimal zu nutzen. In ersten Messungen wurden 0,063nW Leistung bei Lyman-α erzeugt. Mit dieser Lyman-α-Quelle war es, durch die Nähe des ersten fundamentalen Lasers zur Ein-Photonen-Resonanz, erstmals möglich den kompletten Verlauf der Phasenanpassungskurve des Vier-Wellen- Misch-Prozesses aufzunehmen. Neben den fundamentalen Lasersystemen und der Lyman-alpha-Erzeugung selbst, wird in dieser Arbeit die Detektion der produzierten Lyman-α-Strahlung mit einem Photomultiplier vorgestellt, die soweit optimiert wurde, dass eine zuverlässige Abschätzung der erzeugten Leistung möglich ist. Für diesen Zweck wurde zudem ein Teststand aufgebaut, mit dem die Transmissivität der Optiken, welche in der Lyman-α-Apparatur verwendet werden, bei 121,56nm gemessen wurde. Des Weiteren wird hier eine vielseitige Rechnung vorgestellt, mit der die erzeugte Leistung bei Lyman-α, unter anderem in Abhängigkeit von der Temperatur, der Absorption des ersten fundamentalen Laserstrahls, dem Dichteprofil des Quecksilberdampfes und unter dem Einfluss eines Puffergases, bestimmt wird.

Computersimulationen zum Einfluss topologischer Beschränkungen auf Polymere

Topologische Beschränkungen beeinflussen die Eigenschaften von Polymeren. Im Rahmen dieser Arbeit wird mit Hilfe von Computersimulationen im Detail untersucht, inwieweit sich die statischen Eigenschaften von kollabierten Polymerringen, Polymerringen in konzentrierten Lösungen und aus Polymerringen aufgebauten Bürsten mit topologischen Beschränkungen von solchen ohne topologische Beschränkungen unterscheiden. Des Weiteren wird analysiert, welchen Einfluss geometrische Beschränkungen auf die topologischen Eigenschaften von einzelnen Polymerketten besitzen. Im ersten Teil der Arbeit geht es um den Einfluss der Topologie auf die Eigenschaften einzelner Polymerketten in verschiedenen Situationen. Da allerdings gerade die effiziente Durchführung von Monte-Carlo-Simulationen von kollabierten Polymerketten eine große Herausforderung darstellt, werden zunächst drei Bridging-Monte-Carlo-Schritte für Gitter- auf Kontinuumsmodelle übertragen. Eine Messung der Effizienz dieser Schritte ergibt einen Beschleunigungsfaktor von bis zu 100 im Vergleich zum herkömmlichen Slithering-Snake-Algorithmus. Darauf folgt die Analyse einer einzelnen, vergröberten Polystyrolkette in sphärischer Geometrie hinsichtlich Verschlaufungen und Knoten. Es wird gezeigt, dass eine signifikante Verknotung der Polystrolkette erst eintritt, wenn der Radius des umgebenden Kapsids kleiner als der Gyrationsradius der Kette ist. Des Weiteren werden sowohl Monte-Carlo- als auch Molekulardynamiksimulationen sehr großer Ringe mit bis zu einer Million Monomeren im kollabierten Zustand durchgeführt. Während die Konfigurationen aus den Monte-Carlo-Simulationen aufgrund der Verwendung der Bridging-Schritte sehr stark verknotet sind, bleiben die Konfigurationen aus den Molekulardynamiksimulationen unverknotet. Hierbei zeigen sich signifikante Unterschiede sowohl in der lokalen als auch in der globalen Struktur der Ringpolymere. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Skalierungsverhalten des Gyrationsradius der einzelnen Polymerringe in einer konzentrierten Lösung aus völlig flexiblen Polymerringen im Kontinuum untersucht. Dabei wird der Anfang des asymptotischen Skalierungsverhaltens, welches mit dem Modell des “fractal globules“ konsistent ist, erreicht. Im abschließenden, dritten Teil dieser Arbeit wird das Verhalten von Bürsten aus linearen Polymeren mit dem von Ringpolymerbürsten verglichen. Dabei zeigt sich, dass die Struktur und das Skalierungsverhalten beider Systeme mit identischem Dichteprofil parallel zum Substrat deutlich voneinander abweichen, obwohl die Eigenschaften beider Systeme in Richtung senkrecht zum Substrat übereinstimmen. Der Vergleich des Relaxationsverhaltens einzelner Ketten in herkömmlichen Polymerbürsten und Ringbürsten liefert keine gravierenden Unterschiede. Es stellt sich aber auch heraus, dass die bisher verwendeten Erklärungen zur Relaxationsverhalten von herkömmlichen Bürsten nicht ausreichen, da diese lediglich den anfänglichen Zerfall der Korrelationsfunktion berücksichtigen. Bei der Untersuchung der Dynamik einzelner Monomere in einer herkömmlichen Bürste aus offenen Ketten vom Substrat hin zum offenen Ende zeigt sich, dass die Monomere in der Mitte der Kette die langsamste Relaxation besitzen, obwohl ihre mittlere Verrückung deutlich kleiner als die der freien Endmonomere ist.

Hall-effect thruster-cathode coupling : the effect of cathode position and magnetic field topology

Hall-effect thruster (HET) cathodes are responsible for the generation of the free electrons necessary to initiate and sustain the main plasma discharge and to neutralize the ion beam. The position of the cathode relative to the thruster strongly affects the efficiency of thrust generation. However, the mechanisms by which the position affects the efficiency are not well understood. This dissertation explores the effect of cathode position on HET efficiency. Magnetic field topology is shown to play an important role in the coupling between the cathode plasma and the main discharge plasma. The position of the cathode within the magnetic field affects the ion beam and the plasma properties of the near-field plume, which explains the changes in efficiency of the thruster. Several experiments were conducted which explored the changes of efficiency arising from changes in cathode coupling. In each experiment, the thrust, discharge current, and cathode coupling voltage were monitored while changes in the independent variables of cathode position, cathode mass flow and magnetic field topology were made. From the telemetry data, the efficiency of the HET thrust generation was calculated. Furthermore, several ion beam and plasma properties were measured including ion energy distribution, beam current density profile, near-field plasma potential, electron temperature, and electron density. The ion beam data show how the independent variables affected the quality of ion beam and therefore the efficiency of thrust generation. The measurements of near-field plasma properties partially explain how the changes in ion beam quality arise. The results of the experiments show that cathode position, mass flow, and field topology affect several aspects of the HET operation, especially beam divergence and voltage utilization efficiencies. Furthermore, the experiments show that magnetic field topology is important in the cathode coupling process. In particular, the magnetic field separatrix plays a critical role in impeding the coupling between cathode and HET. Suggested changes to HET thruster designs are provided including ways to improve the position of the separatrix to accommodate the cathode.

A proposed bare tether experiment on board a sounding rocket

A sounding rocket experiment is proposed to carry out two experiments by the conductive bare-tether; 1) the test of the OML (Orbital-Motion-Limited) theory to collect electron, and II) the test of techniques to determine (neutral) density profile in critical E-layer. The main driver of the mission is provide a space tether technology experiment in low-Earth-Orbit (LEO) deploying a long tape tether in space and verify the performance of the bare electrodynamic tape tether. The sounding rocket experiment will show no danger to other satellites as the tether missions YES1, SEDSAT, and ProCEDS, which is cancelled just for afraid of collision with the ISS orbit. Also, the sounding rocket mission is possible to demonstrate the bare tether technology in low cost, simple mission concept, fast realization for space structures. The present sounding rocket experiment is expected to be the first conductive bare tether experiment.