Group theory and quasiprobability integrals of Wigner functions

The integral of the Wigner function of a quantum-mechanical system over a region or its boundary in the classical phase plane, is called a quasiprobability integral. Unlike a true probability integral, its value may lie outside the interval [0, 1]. It is characterized by a corresponding selfadjoint operator, to be called a region or contour operator as appropriate, which is determined by the characteristic function of that region or contour. The spectral problem is studied for commuting families of region and contour operators associated with concentric discs and circles of given radius a. Their respective eigenvalues are determined as functions of a, in terms of the Gauss-Laguerre polynomials. These polynomials provide a basis of vectors in a Hilbert space carrying the positive discrete series representation of the algebra su(1, 1) approximate to so(2, 1). The explicit relation between the spectra of operators associated with discs and circles with proportional radii, is given in terms of the discrete variable Meixner polynomials.

Leptonic mixing, family symmetries, and neutrino phenomenology

Tribimaximal leptonic mixing is a mass-independent mixing scheme consistent with the present solar and atmospheric neutrino data. By conveniently decomposing the effective neutrino mass matrix associated to it, we derive generic predictions in terms of the parameters governing the neutrino masses. We extend this phenomenological analysis to other mass-independent mixing schemes which are related to the tribimaximal form by a unitary transformation. We classify models that produce tribimaximal leptonic mixing through the group structure of their family symmetries in order to point out that there is often a direct connection between the group structure and the phenomenological analysis. The type of seesaw mechanism responsible for neutrino masses plays a role here, as it restricts the choices of family representations and affects the viability of leptogenesis. We also present a recipe to generalize a given tribimaximal model to an associated model with a different mass-independent mixing scheme, which preserves the connection between the group structure and phenomenology as in the original model. This procedure is explicitly illustrated by constructing toy models with the transpose tribimaximal, bimaximal, golden ratio, and hexagonal leptonic mixing patterns.

Anomaly-free U(1) gauge symmetries in neutrino seesaw flavor models

Agência Financiadora: Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - PEst-OE/FIS/UI0777/2013; CERN/FP/123580/2011; PTDC/FIS-NUC/0548/2012

Canonical Noether symmetries and commutativity properties for gauge systems

For a dynamical system defined by a singular Lagrangian, canonical Noether symmetries are characterized in terms of their commutation relations with the evolution operators of Lagrangian and Hamiltonian formalisms. Separate characterizations are given in phase space, in velocity space, and through an evolution operator that links both spaces. 2000 American Institute of Physics.

Symmetries and fixed point stability of stochastic differential equations modeling self-organized criticality

A stochastic nonlinear partial differential equation is constructed for two different models exhibiting self-organized criticality: the Bak-Tang-Wiesenfeld (BTW) sandpile model [Phys. Rev. Lett. 59, 381 (1987); Phys. Rev. A 38, 364 (1988)] and the Zhang model [Phys. Rev. Lett. 63, 470 (1989)]. The dynamic renormalization group (DRG) enables one to compute the critical exponents. However, the nontrivial stable fixed point of the DRG transformation is unreachable for the original parameters of the models. We introduce an alternative regularization of the step function involved in the threshold condition, which breaks the symmetry of the BTW model. Although the symmetry properties of the two models are different, it is shown that they both belong to the same universality class. In this case the DRG procedure leads to a symmetric behavior for both models, restoring the broken symmetry, and makes accessible the nontrivial fixed point. This technique could also be applied to other problems with threshold dynamics.

Group-invariant solutions of semilinear Schrodinger equations in multi-dimensions

Symmetry group methods are applied to obtain all explicit group-invariant radial solutions to a class of semilinear Schr¨odinger equations in dimensions n = 1. Both focusing and defocusing cases of a power nonlinearity are considered, including the special case of the pseudo-conformal power p = 4/n relevant for critical dynamics. The methods involve, first, reduction of the Schr¨odinger equations to group-invariant semilinear complex 2nd order ordinary differential equations (ODEs) with respect to an optimal set of one-dimensional point symmetry groups, and second, use of inherited symmetries, hidden symmetries, and conditional symmetries to solve each ODE by quadratures. Through Noether’s theorem, all conservation laws arising from these point symmetry groups are listed. Some group-invariant solutions are found to exist for values of n other than just positive integers, and in such cases an alternative two-dimensional form of the Schr¨odinger equations involving an extra modulation term with a parameter m = 2−n = 0 is discussed.

A historical case study analysis of the establishment of charismatic leadership in a Protestant Reformation cultic group and its role in the recourse to violence

La recherche sur les questions touchant aux leaders de groupes sectaires et à la violence sectaire a mené à l’étude du rôle joué par l’autorité charismatique, tel que défini par Weber (1922) et repris par Dawson (2010). À ce sujet, d’éminents spécialistes des études sur les sectes sont d’avis qu’un vide important dans la recherche sur l’autorité charismatique dans le contexte de groupes sectaires et de nouveaux mouvements religieux reste à combler (ajouter les références ‘d’éminents spécialistes’). Ce mémoire vise à contribuer à l’étude cet aspect négligé, le rôle de l’autorité charismatique dans le recours è la violence dans les groupes sectaires, par une étude de cas historique d’un groupe de la Réformation protestante du XVIe siècle, le Royaume anabaptiste de Münster (AKA), sous l’influence d’un leader charismatique, Jan van Leiden. Cette recherche s’intéresse plus spécifiquement aux divers moyens utilisés par Jan van Leiden, pour asseoir son autorité charismatique et à ceux qui ont exercé une influence sur le recours à des actes de violence. L’étude de cas est basé sur le matériel provenant de deux comptes-rendus des faits relatés par des participants aux événements qui se sont déroulés à pendant le règne de Leiden à la tête du AKA. L’analyse du matériel recueilli a été réalisé à la lumière de trois concepts théoriques actuels concernant le comportement cultuel et le recours à la violence.. L’application de ces concepts théoriques a mené à l’identification de quatre principales stratégies utilisées par Jan van Leiden pour établir son autorité charismatique auprès de ses disciples, soit : 1) la menace du millénarisme, 2) l’exploitation d’une relation bilatérale parasitique avec ses disciples, 3) l’utilisation de l’extase religieuse et de la prophétie, 4) l’utilisation du désir de voir survenir des changements sociaux et religieux. En plus de ces quatre stratégies, trois autres dimensions ont été retenues comme signes que le recours à la violence dans le Royaume anabaptiste de Münster résultait de l’établissement de l’autorité charismatique de son leader, soit : 1) la violence liée au millénarisme, 2) la notion d’identité et de violence partagée, 3) des facteurs systémiques, physiques et culturels menant à la violence.

Brisure de symétrie par la réduction des groupes de Lie simples à leurs sous-groupes de Lie réductifs maximaux

Dans ce travail, nous exploitons des propriétés déjà connues pour les systèmes de poids des représentations afin de les définir pour les orbites des groupes de Weyl des algèbres de Lie simples, traitées individuellement, et nous étendons certaines de ces propriétés aux orbites des groupes de Coxeter non cristallographiques. D'abord, nous considérons les points d'une orbite d'un groupe de Coxeter fini G comme les sommets d'un polytope (G-polytope) centré à l'origine d'un espace euclidien réel à n dimensions. Nous introduisons les produits et les puissances symétrisées de G-polytopes et nous en décrivons la décomposition en des sommes de G-polytopes. Plusieurs invariants des G-polytopes sont présentés. Ensuite, les orbites des groupes de Weyl des algèbres de Lie simples de tous types sont réduites en l'union d'orbites des groupes de Weyl des sous-algèbres réductives maximales de l'algèbre. Nous listons les matrices qui transforment les points des orbites de l'algèbre en des points des orbites des sous-algèbres pour tous les cas n<=8 ainsi que pour plusieurs séries infinies des paires d'algèbre-sous-algèbre. De nombreux exemples de règles de branchement sont présentés. Finalement, nous fournissons une nouvelle description, uniforme et complète, des centralisateurs des sous-groupes réguliers maximaux des groupes de Lie simples de tous types et de tous rangs. Nous présentons des formules explicites pour l'action de tels centralisateurs sur les représentations irréductibles des algèbres de Lie simples et montrons qu'elles peuvent être utilisées dans le calcul des règles de branchement impliquant ces sous-algèbres.

A study of the polycomb group complexes in the maintenance of heterochromatic genome stability and Alzheimer's disease.

La démence d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive et irreversible des fonctions cognitives et des compétences intellectuelles. La maladie d’Alzheimer se présente sous deux formes: la forme familiale ou précoce (EOAD) qui représente 5% des cas et elle est liée à des mutations génétiques affectant le métabolisme des peptides amyloïde; et la forme tardive ou sporadique (LOAD) qui représente 95% des cas mais son étiologie est encore mal définie. Cependant, le vieillissement reste le principal facteur de risque pour développer LOAD. Les changements épigénétiques impliquant des modifications des histones jouent un rôle crucial dans les maladies neurodégénératives et le vieillissement lié à l'âge. Des données récentes ont décrit LOAD comme un désordre de l'épigénome et ont associé ce trouble à l'instabilité génomique. Les protéines Polycomb sont des modificateurs épigénétiques qui induisent le remodelage de la chromatine et la répression des gènes à l'hétérochromatine facultative. Nous rapportons que les souris hétérozygotes pour une protéine Polycomb développent avec l'âge un trouble neurologique ressemblant à LOAD caractérisé par l’altération des fonctions cognitives, la phosphorylation de la protéine tau, l'accumulation des peptides amyloïde, et le dysfonctionnement synaptique. Ce phénotype pathologique est précédé par la décondensation de l’hétérochromatine neuronale et l'activation de la réponse aux dommages à l'ADN. Parallèlement, une réduction d’expression de polycomb, malformations de l'hétérochromatine neuronale, et l'accumulation de dommages à l'ADN étaient également présents dans les cerveaux de patients LOAD. Remarquablement, les dommages de l'ADN ne sont pas distribués de façon aléatoire sur le génome mais sont enrichis au niveau des séquences répétitives. Les conclusions présentées dans cette thèse ont identifié des modifications épigénétiques spécifiques qui conduisent à une instabilité génomique aberrante menant à la formation de LOAD. Ces résultats vont aider au développement de nouveaux traitements qui peuvent potentiellement ralentir la neurodégénérescence.

The geometry of optimal control solutions on some six dimensional lie groups

This paper examines optimal solutions of control systems with drift defined on the orthonormal frame bundle of particular Riemannian manifolds of constant curvature. The manifolds considered here are the space forms Euclidean space E-3, the spheres S-3 and the hyperboloids H-3 with the corresponding frame bundles equal to the Euclidean group of motions SE(3), the rotation group SO(4) and the Lorentz group SO(1,3). The optimal controls of these systems are solved explicitly in terms of elliptic functions. In this paper, a geometric interpretation of the extremal solutions is given with particular emphasis to a singularity in the explicit solutions. Using a reduced form of the Casimir functions the geometry of these solutions are illustrated.

Integrating Hamiltonian systems defined on the Lie groups SO(4) and SO(1,3)

This paper examines optimal solutions of control systems with drift defined on the orthonormal frame bundle of particular Riemannian manifolds of constant curvature. The manifolds considered here are the space forms Euclidean space E³, the spheres S³ and the hyperboloids H³ with the corresponding frame bundles equal to the Euclidean group of motions SE(3), the rotation group SO(4) and the Lorentz group SO(1,3). The optimal controls of these systems are solved explicitly in terms of elliptic functions. In this paper, a geometric interpretation of the extremal solutions is given with particular emphasis to a singularity in the explicit solutions. Using a reduced form of the Casimir functions the geometry of these solutions is illustrated.

Integrable Hamiltonian systems defined on the Lie groups SO(3) and SU(2): an application to the attitude control of a spacecraft

This paper considers left-invariant control systems defined on the Lie groups SU(2) and SO(3). Such systems have a number of applications in both classical and quantum control problems. The purpose of this paper is two-fold. Firstly, the optimal control problem for a system varying on these Lie Groups, with cost that is quadratic in control is lifted to their Hamiltonian vector fields through the Maximum principle of optimal control and explicitly solved. Secondly, the control systems are integrated down to the level of the group to give the solutions for the optimal paths corresponding to the optimal controls. In addition it is shown here that integrating these equations on the Lie algebra su(2) gives simpler solutions than when these are integrated on the Lie algebra so(3).

Is DARTEL-based voxel-based morphometry affected by width of smoothing kernel and group size? A study using simulated atrophy

Purpose: To quantify to what extent the new registration method, DARTEL (Diffeomorphic Anatomical Registration Through Exponentiated Lie Algebra), may reduce the smoothing kernel width required and investigate the minimum group size necessary for voxel-based morphometry (VBM) studies. Materials and Methods: A simulated atrophy approach was employed to explore the role of smoothing kernel, group size, and their interactions on VBM detection accuracy. Group sizes of 10, 15, 25, and 50 were compared for kernels between 0–12 mm. Results: A smoothing kernel of 6 mm achieved the highest atrophy detection accuracy for groups with 50 participants and 8–10 mm for the groups of 25 at P < 0.05 with familywise correction. The results further demonstrated that a group size of 25 was the lower limit when two different groups of participants were compared, whereas a group size of 15 was the minimum for longitudinal comparisons but at P < 0.05 with false discovery rate correction. Conclusion: Our data confirmed DARTEL-based VBM generally benefits from smaller kernels and different kernels perform best for different group sizes with a tendency of smaller kernels for larger groups. Importantly, the kernel selection was also affected by the threshold applied. This highlighted that the choice of kernel in relation to group size should be considered with care.

Field on Poincare Group and Quantum Description of Orientable Objects

We propose an approach to the quantum-mechanical description of relativistic orientable objects. It generalizes Wigner`s ideas concerning the treatment of nonrelativistic orientable objects (in particular, a nonrelativistic rotator) with the help of two reference frames (space-fixed and body-fixed). A technical realization of this generalization (for instance, in 3+1 dimensions) amounts to introducing wave functions that depend on elements of the Poincar, group G. A complete set of transformations that test the symmetries of an orientable object and of the embedding space belongs to the group I =GxG. All such transformations can be studied by considering a generalized regular representation of G in the space of scalar functions on the group, f(x,z), that depend on the Minkowski space points xaG/Spin(3,1) as well as on the orientation variables given by the elements z of a matrix ZaSpin(3,1). In particular, the field f(x,z) is a generating function of the usual spin-tensor multi-component fields. In the theory under consideration, there are four different types of spinors, and an orientable object is characterized by ten quantum numbers. We study the corresponding relativistic wave equations and their symmetry properties.

ANTISYMMETRIC ELEMENTS IN GROUP RINGS II

Let R be a commutative ring, G a group and RG its group ring. Let phi : RG -> RG denote the R-linear extension of an involution phi defined on G. An element x in RG is said to be phi-antisymmetric if phi(x) = -x. A characterization is given of when the phi-antisymmetric elements of RG commute. This is a completion of earlier work.