Perturbation theory for spectral subspaces

In der vorliegenden Arbeit wird die Variation abgeschlossener Unterräume eines Hilbertraumes untersucht, die mit isolierten Komponenten der Spektren von selbstadjungierten Operatoren unter beschränkten additiven Störungen assoziiert sind. Von besonderem Interesse ist hierbei die am wenigsten restriktive Bedingung an die Norm der Störung, die sicherstellt, dass die Differenz der zugehörigen orthogonalen Projektionen eine strikte Normkontraktion darstellt. Es wird ein Überblick über die bisher erzielten Resultate gegeben. Basierend auf einem Iterationsansatz wird eine allgemeine Schranke an die Variation der Unterräume für Störungen erzielt, die glatt von einem reellen Parameter abhängen. Durch Einführung eines Kopplungsparameters wird das Ergebnis auf den Fall additiver Störungen angewendet. Auf diese Weise werden zuvor bekannte Ergebnisse verbessert. Im Falle von additiven Störungen werden die Schranken an die Variation der Unterräume durch ein Optimierungsverfahren für die Stützstellen im Iterationsansatz weiter verschärft. Die zugehörigen Ergebnisse sind die besten, die bis zum jetzigen Zeitpunkt erzielt wurden.

Varietà algebriche affini

Studio degli insiemi algebrici e delle varietà affini: proprietà, frecce e risultati, tra cui il teorema degli zeri di Hilbert.

Bouncing black holes in loop quantum gravity

In questo lavoro viene presentato un recente modello di buco nero che implementa le proprietà quantistiche di quelle regioni dello spaziotempo dove non possono essere ignorate, pena l'implicazione di paradossi concettuali e fenomenologici. In suddetto modello, la regione di spaziotempo dominata da comportamenti quantistici si estende oltre l'orizzonte del buco nero e suscita un'inversione, o più precisamente un effetto tunnel, della traiettoria di collasso della stella in una traiettoria di espansione simmetrica nel tempo. L'inversione impiega un tempo molto lungo per chi assiste al fenomeno a grandi distanze, ma inferiore al tempo di evaporazione del buco nero tramite radiazione di Hawking, trascurata e considerata come un effetto dissipativo da studiarsi in un secondo tempo. Il resto dello spaziotempo, fuori dalla regione quantistica, soddisfa le equazioni di Einstein. Successivamente viene presentata la teoria della Gravità Quantistica a Loop (LQG) che permetterebbe di studiare la dinamica della regione quantistica senza far riferimento a una metrica classica, ma facendo leva sul contenuto relazionale del tessuto spaziotemporale. Il campo gravitazionale viene riformulato in termini di variabili hamiltoniane in uno spazio delle fasi vincolato e con simmetria di gauge, successivamente promosse a operatori su uno spazio di Hilbert legato a una vantaggiosa discretizzazione dello spaziotempo. La teoria permette la definizione di un'ampiezza di transizione fra stati quantistici di geometria spaziotemporale, applicabile allo studio della regione quantistica nel modello di buco nero proposto. Infine vengono poste le basi per un calcolo in LQG dell'ampiezza di transizione del fenomeno di rimbalzo quantistico all'interno del buco nero, e di conseguenza per un calcolo quantistico del tempo di rimbalzo nel riferimento di osservatori statici a grande distanza da esso, utile per trattare a posteriori un modello che tenga conto della radiazione di Hawking e, auspicatamente, fornisca una possibile risoluzione dei problemi legati alla sua esistenza.

Calcolo delle mappe di fase a partire da elettrogrammi in fibrillazione atriale

L'analisi di fase del segnale si presenta appropriata e di notevole efficacia per l'individuazione di attivazioni in fibrillazione atriale, in quanto permette la valutazione di come queste si generano e si propagano. Dopo aver ottenuto i dati relativi alle attivazioni, è possibile ricostruire delle mappe di fase atriale che possono essere utilizzate dal clinico per individuare i punti in cui cauterizzare. In questo lavoro di tesi sono stati utilizzati i segnali endocavitari atriali acquisiti con un catetere a contatto di nuova generazione per ottenere gli istanti di attivazione nelle diverse zone della camera atriale. I risultati dell'algoritmo messo a punto e testato su segnali in ritmo sinusale, sono stati confrontati con le performance di due metodi riportati in letteratura, evidenziando prestazioni migliori che potrebbero portare alla costruzione accurata delle mappe di fase e quindi ad una precisa localizzazione delle aree da cauterizzare durante la procedura di ablazione.

Estensioni trascendenti di campi

Lo scopo di questa tesi è di studiare i principali risultati riguardanti le estensioni trascendenti di campi, l'indipendenza algebrica di elementi trascendenti su un campo, le basi di trascendenza di un'estensione. A partire da questi risultati vengono dimostrati due importanti teoremi di geometria algebrica: il Teorema degli zeri di Hilbert e il Teorema di Lüroth.

Quantum simulation of (1+1)D QED via a Zn lattice Gauge theory

La simulazione di un sistema quantistico complesso rappresenta ancora oggi una sfida estremamente impegnativa a causa degli elevati costi computazionali. La dimensione dello spazio di Hilbert cresce solitamente in modo esponenziale all'aumentare della taglia, rendendo di fatto impossibile una implementazione esatta anche sui più potenti calcolatori. Nel tentativo di superare queste difficoltà, sono stati sviluppati metodi stocastici classici, i quali tuttavia non garantiscono precisione per sistemi fermionici fortemente interagenti o teorie di campo in regimi di densità finita. Di qui, la necessità di un nuovo metodo di simulazione, ovvero la simulazione quantistica. L'idea di base è molto semplice: utilizzare un sistema completamente controllabile, chiamato simulatore quantistico, per analizzarne un altro meno accessibile. Seguendo tale idea, in questo lavoro di tesi si è utilizzata una teoria di gauge discreta con simmetria Zn per una simulazione dell'elettrodinamica quantistica in (1+1)D, studiando alcuni fenomeni di attivo interesse di ricerca, come il diagramma di fase o la dinamica di string-breaking, che generalmente non sono accessibili mediante simulazioni classiche. Si propone un diagramma di fase del modello caratterizzato dalla presenza di una fase confinata, in cui emergono eccitazioni mesoniche ed antimesoniche, cioè stati legati particella-antiparticella, ed una fase deconfinata.

Stelle nel mondo-brana

Lo scopo di questa tesi consiste nello studio delle proprietà generali di sistemi compatti statici e a simmetria sferica nell'ambito dei modelli che prevedono l'esistenza di dimensioni spaziali aggiuntive e che sono comunemente dette del mondo-brana. Si comincerà con una breve descrizione di teorie gravitazionali a più dimensioni, in particolare si parte dalla teoria di Kaluza-Klein, per arrivare ai modelli ADD(Arkani-Hamed, Dimopoulos, Dvali) e infine a quelli RS(Rundall, Sundrum)che interessano direttamente questo studio. Per questi modelli, vengono quindi ricavate le equazioni di campo multidimensionali dall'azione di Einstein-Hilbert e successivamente le si proietta, facendo uso delle equazioni di Gauss e Codazzi, su una brana massiva immersa in un “bulk” cinquedimensionale. Infine si studiano le equazioni di campo di Einstein quadridimensionali per una generica metrica che può servire a descrive stelle statiche, a simmetria sferica e costituite da un fluido perfetto isotropo. Successivamente si ripete la stessa analisi partendo dall'equazione di campo sulla brana e si confrontano i risultati nei due diversi contesti.

Trasformazioni che conservano la misura

Si consideri un insieme X non vuoto su cui si costruisce una sigma-algebra F, una trasformazione T dall'insieme X in se stesso F-misurabile si dice che conserva la misura se, preso un elemento della sigma-algebra, la misura della controimmagine di tale elemento è uguale a quella dell'elemento stesso. Con questa nozione si possono costruire vari esempi di applicazioni che conservano la misura, nell'elaborato si presenta la trasformazione di Gauss. Questo tipo di trasformazioni vengono utilizzate nella teoria ergodica dove ha senso considerare il sistema dinamico a tempi discreti T^j x; dove x = T^0 x è un dato iniziale, e studiare come la dinamica dipende dalla condizione iniziale x. Il Teorema Ergodico di Von Neumann afferma che dato uno spazio di Hilbert H su cui si definisce un'isometria U è possibile considerare, per ogni elemento f dello spazio di Hilbert, la media temporale di f che converge ad un elemento dell'autospazio relativo all'autovalore 1 dell'isometria. Il Teorema di Birkhoff invece asserisce che preso uno spazio X sigma-finito ed una trasformazione T non necessariamente invertibile è possibile considerare la media temporale di una funzione f sommabile, questa converge sempre ad una funzione f* misurabile e se la misura di X è finita f* è distribuita come f. In particolare, se la trasformazione T è ergodica si avrà che la media temporale e spaziale coincideranno.

The Karhunen-Loève theorem

La trasformata di Karhunen-Loève monodimensionale è la decomposizione di un processo stocastico del secondo ordine a parametrizzazione continua in coefficienti aleatori scorrelati. Nella presente dissertazione, la trasformata è ottenuta per via analitica, proiettando il processo, considerato in un intervallo di tempo limitato [a,b], su una base deterministica ottenuta dalle autofunzioni dell'operatore di Hilbert-Schmidt di covarianza corrispondenti ad autovalori positivi. Fondamentalmente l'idea del metodo è, dal primo, trovare gli autovalori positivi dell'operatore integrale di Hilbert-Schmidt, che ha in Kernel la funzione di covarianza del processo. Ad ogni tempo dell'intervallo, il processo è proiettato sulla base ortonormale dello span delle autofunzioni dell'operatore di Hilbert-Schmidt che corrispondono ad autovalori positivi. Tale procedura genera coefficienti aleatori che si rivelano variabili aleatorie centrate e scorrelate. L'espansione in serie che risulta dalla trasformata è una combinazione lineare numerabile di coefficienti aleatori di proiezione ed autofunzioni convergente in media quadratica al processo, uniformemente sull'intervallo temporale. Se inoltre il processo è Gaussiano, la convergenza è quasi sicuramente sullo spazio di probabilità (O,F,P). Esistono molte altre espansioni in serie di questo tipo, tuttavia la trasformata di Karhunen-Loève ha la peculiarità di essere ottimale rispetto all'errore totale in media quadratica che consegue al troncamento della serie. Questa caratteristica ha conferito a tale metodo ed alle sue generalizzazioni un notevole successo tra le discipline applicate.

Backward Extensions of Recursively Generated Weighted Shifts and Quadratic Hyponormality

Given the weight sequence for a subnormal recursively generated weighted shift on Hilbert space, one approach to the study of classes of operators weaker than subnormal has been to form a backward extension of the shift by prefixing weights to the sequence. We characterize positive quadratic hyponormality and revisit quadratic hyponormality of certain such backward extensions of arbitrary length, generalizing earlier results, and also show that a function apparently introduced as a matter of convenience for quadratic hyponormality actually captures considerable information about positive quadratic hyponormality.

Tridiagonal Reproducing Kernels and Subnormality

We consider analytic reproducing kernel Hilbert spaces H with orthonormal bases of the form {(a(n) + b(n)z)z(n) : n >= 0}. If b(n) = 0 for all n, then H is a diagonal space and multiplication by z, M-z, is a weighted shift. Our focus is on providing extensive classes of examples for which M-z is a bounded subnormal operator on a tridiagonal space H where b(n) not equal 0. The Aronszajn sum of H and (1 - z)H where H is either the Hardy space or the Bergman space on the disk are two such examples.

k-Hyponormality and n-Contractivity for Agler-Type Shifts

We consider k-hyponormality and n-contractivity (k, n = 1, 2, ...) as "weak subnormalities" for a Hilbert space operator. It is known that k-hyponormality implies 2k-contractivity; we produce some classes of weighted shifts including a parameter for which membership in a certain n-contractive class is equivalent to k-hyponormality. We consider as well some extensions of these results to operators arising as restrictions of these shifts, or from linear combinations of the Berger measures associated with the shifts.

Detection of complex point targets with distributed assets in a MIMO radar system

The report explores the problem of detecting complex point target models in a MIMO radar system. A complex point target is a mathematical and statistical model for a radar target that is not resolved in space, but exhibits varying complex reflectivity across the different bistatic view angles. The complex reflectivity can be modeled as a complex stochastic process whose index set is the set of all the bistatic view angles, and the parameters of the stochastic process follow from an analysis of a target model comprising a number of ideal point scatterers randomly located within some radius of the targets center of mass. The proposed complex point targets may be applicable to statistical inference in multistatic or MIMO radar system. Six different target models are summarized here – three 2-dimensional (Gaussian, Uniform Square, and Uniform Circle) and three 3-dimensional (Gaussian, Uniform Cube, and Uniform Sphere). They are assumed to have different distributions on the location of the point scatterers within the target. We develop data models for the received signals from such targets in the MIMO radar system with distributed assets and partially correlated signals, and consider the resulting detection problem which reduces to the familiar Gauss-Gauss detection problem. We illustrate that the target parameter and transmit signal have an influence on the detector performance through target extent and the SNR respectively. A series of the receiver operator characteristic (ROC) curves are generated to notice the impact on the detector for varying SNR. Kullback–Leibler (KL) divergence is applied to obtain the approximate mean difference between density functions the scatterers assume inside the target models to show the change in the performance of the detector with target extent of the point scatterers.

MIMO waveform design using continuous phase modulation

Hybrid MIMO Phased-Array Radar (HMPAR) is an emerging technology that combines MIMO (multiple-in, multiple-out) radar technology with phased-array radar technology. The new technology is in its infancy, but much of the theoretical work for this specific project has already been completed and is explored in great depth in [1]. A brief overview of phased-array radar systems, MIMO radar systems, and the HMPAR paradigm are explored in this paper. This report is the culmination of an effort to support research in MIMO and HMPAR utilizing a concept called intrapulse beamscan. Using intrapulse beamscan, arbitrary spatial coverage can be achieved within one MIMO beam pulse. Therefore, this report focuses on designing waveforms for MIMO radar systems with arbitrary spatial coverage using that phenomenon. With intrapulse beamscan, scanning is done through phase-modulated signal design within one pulse rather than phase-shifters in the phased array over multiple pulses. In addition to using this idea, continuous phase modulation (CPM) signals are considered for their desirable peak-to-average ratio property as well as their low spectral leakage. These MIMO waveforms are designed with three goals in mind. The first goal is to achieve flexible spatial coverage while utilizing intrapulse beamscan. As with almost any radar system, we wish to have flexibility in where we send our signal energy. The second goal is to maintain a peak-to-average ratio close to 1 on the envelope of these waveforms, ensuring a signal that is close to constant modulus. It is desired to have a radar system transmit at the highest available power; not doing so would further diminish the already very small return signals. The third goal is to ensure low spectral leakage using various techniques to limit the bandwidth of the designed signals. Spectral containment is important to avoid interference with systems that utilize nearby frequencies in the electromagnetic spectrum. These three goals are realized allowing for limitations of real radar systems. In addition to flexible spatial coverage, the report examines the spectral properties of utilizing various space-filling techniques for desired spatial areas. The space-filling techniques examined include Hilbert/Peano curves and standard raster scans.

ANOVA kernels and RKHS of zero mean functions for model-based sensitivity analysis

Given a reproducing kernel Hilbert space (H,〈.,.〉)(H,〈.,.〉) of real-valued functions and a suitable measure μμ over the source space D⊂RD⊂R, we decompose HH as the sum of a subspace of centered functions for μμ and its orthogonal in HH. This decomposition leads to a special case of ANOVA kernels, for which the functional ANOVA representation of the best predictor can be elegantly derived, either in an interpolation or regularization framework. The proposed kernels appear to be particularly convenient for analyzing the effect of each (group of) variable(s) and computing sensitivity indices without recursivity.