Finite-size corrections of the entanglement entropy of critical quantum chains

Using the density matrix renormalization group, we calculated the finite-size corrections of the entanglement alpha-Renyi entropy of a single interval for several critical quantum chains. We considered models with U(1) symmetry such as the spin-1/2 XXZ and spin-1 Fateev-Zamolodchikov models, as well as models with discrete symmetries such as the Ising, the Blume-Capel, and the three-state Potts models. These corrections contain physically relevant information. Their amplitudes, which depend on the value of a, are related to the dimensions of operators in the conformal field theory governing the long-distance correlations of the critical quantum chains. The obtained results together with earlier exact and numerical ones allow us to formulate some general conjectures about the operator responsible for the leading finite-size correction of the alpha-Renyi entropies. We conjecture that the exponent of the leading finite-size correction of the alpha-Renyi entropies is p(alpha) = 2X(epsilon)/alpha for alpha > 1 and p(1) = nu, where X-epsilon denotes the dimensions of the energy operator of the model and nu = 2 for all the models.

Lyotropic mixture made of potassium laurate/1-undecanol/K2SO4/water presenting high birefringences and large biaxial nematic phase domain: a laser conoscopy study

The lyotropic liquid crystalline quaternary mixture made of potassium laurate (KL), potassium sulphate, 1-undecanol and water was investigated by experimental optical methods (optical microscopy and laser conoscopy). In a particular temperature and relative concentrations range, the three nematic phases (two uniaxial and one biaxial) were identified. The biaxial domain in the temperature/KL concentration surface is larger when compared to other lyotropic mixtures. Moreover, this new mixture gives nematic phases with higher birefringence than similar systems. The behavior of the symmetric tensor order parameter invariants sigma(3) and sigma(2) calculated from the measured optical birefringences supports that the uniaxial-to-biaxial transitions are of second order, described by a mean-field theory.

Faraday rotation in graphene

We study magneto-optical properties of monolayer graphene by means of quantum field theory methods in the framework of the Dirac model. We reveal a good agreement between the Dirac model and a recent experiment on giant Faraday rotation in cyclotron resonance [23]. We also predict other regimes when the effects are well pronounced. The general dependence of the Faraday rotation and absorption on various parameters of samples is revealed both for suspended and epitaxial graphene.

Entanglement of excited states in critical spin chains

Renyi and von Neumann entropies quantifying the amount of entanglement in ground states of critical spin chains are known to satisfy a universal law which is given by the conformal field theory (CFT) describing their scaling regime. This law can be generalized to excitations described by primary fields in CFT, as was done by Alcaraz et al in 2011 (see reference [1], of which this work is a completion). An alternative derivation is presented, together with numerical verifications of our results in different models belonging to the c = 1, 1/2 universality classes. Oscillations of the Renyi entropy in excited states are also discussed.

Vortices in the extended Skyrme-Faddeev model

We construct analytical and numerical vortex solutions for an extended Skyrme-Faddeev model in a (3 + 1) dimensional Minkowski space-time. The extension is obtained by adding to the Lagrangian a quartic term, which is the square of the kinetic term, and a potential which breaks the SO(3) symmetry down to SO(2). The construction makes use of an ansatz, invariant under the joint action of the internal SO(2) and three commuting U(1) subgroups of the Poincare group, and which reduces the equations of motion to an ordinary differential equation for a profile function depending on the distance to the x(3) axis. The vortices have finite energy per unit length, and have waves propagating along them with the speed of light. The analytical vortices are obtained for a special choice of potentials, and the numerical ones are constructed using the successive over relaxation method for more general potentials. The spectrum of solutions is analyzed in detail, especially its dependence upon special combinations of coupling constants.

Spin-glass behaviour on random lattices

The ground-state phase diagram of an Ising spin-glass model on a random graph with an arbitrary fraction w of ferromagnetic interactions is analysed in the presence of an external field. Using the replica method, and performing an analysis of stability of the replica-symmetric solution, it is shown that w = 1/2, corresponding to an unbiased spin glass, is a singular point in the phase diagram, separating a region with a spin-glass phase (w < 1/2) from a region with spin-glass, ferromagnetic, mixed and paramagnetic phases (w > 1/2).

Helical buckling of Skyrme-Faddeev solitons

Solitons in the Skyrme-Faddeev model on R-2 x S-1 are shown to undergo buckling transitions as the circumference of the S-1 is varied. These results support a recent conjecture that solitons in this field theory are well-described by a much simpler model of elastic rods.

No-pole condition in Landau gauge: Properties of the Gribov ghost form factor and a constraint on the 2d gluon propagator

We study general properties of the Landau-gauge Gribov ghost form factor sigma(p(2)) for SU(N-c) Yang-Mills theories in the d-dimensional case. We find a qualitatively different behavior for d = 3, 4 with respect to the d = 2 case. In particular, considering any (sufficiently regular) gluon propagator D(p(2)) and the one-loop-corrected ghost propagator, we prove in the 2d case that the function sigma(p(2)) blows up in the infrared limit p -> 0 as -D(0) ln(p(2)). Thus, for d = 2, the no-pole condition sigma(p(2)) < 1 (for p(2) > 0) can be satisfied only if the gluon propagator vanishes at zero momentum, that is, D(0) = 0. On the contrary, in d = 3 and 4, sigma(p(2)) is finite also if D(0) > 0. The same results are obtained by evaluating the ghost propagator G(p(2)) explicitly at one loop, using fitting forms for D(p(2)) that describe well the numerical data of the gluon propagator in two, three and four space-time dimensions in the SU(2) case. These evaluations also show that, if one considers the coupling constant g(2) as a free parameter, the ghost propagator admits a one-parameter family of behaviors (labeled by g(2)), in agreement with previous works by Boucaud et al. In this case the condition sigma(0) <= 1 implies g(2) <= g(c)(2), where g(c)(2) is a "critical" value. Moreover, a freelike ghost propagator in the infrared limit is obtained for any value of g(2) smaller than g(c)(2), while for g(2) = g(c)(2) one finds an infrared-enhanced ghost propagator. Finally, we analyze the Dyson-Schwinger equation for sigma(p(2)) and show that, for infrared-finite ghost-gluon vertices, one can bound the ghost form factor sigma(p(2)). Using these bounds we find again that only in the d = 2 case does one need to impose D(0) = 0 in order to satisfy the no-pole condition. The d = 2 result is also supported by an analysis of the Dyson-Schwinger equation using a spectral representation for the ghost propagator. Thus, if the no-pole condition is imposed, solving the d = 2 Dyson-Schwinger equations cannot lead to a massive behavior for the gluon propagator. These results apply to any Gribov copy inside the so-called first Gribov horizon; i.e., the 2d result D(0) = 0 is not affected by Gribov noise. These findings are also in agreement with lattice data.

ATTEMPTS TO DEFINE QUASI-INTEGRABILITY

In this paper we discuss some ideas on how to define the concept of quasi-integrability. Our ideas stem from the observation that many field theory models are "almost" integrable; i.e. they possess a large number of "almost" conserved quantities. Most of our discussion will involve a certain class of models which generalize the sine-Gordon model in (1 + 1) dimensions. As will be mentioned many field configurations of these models look like those of the integrable systems and so appear to be close to those in integrable model. We will then attempt to quantify these claims looking in particular, both analytically and numerically, at field configurations with scattering solitons. We will also discuss some preliminary results obtained in other models.

Universal behavior of the Shannon mutual information of critical quantum chains

We consider the Shannon mutual information of subsystems of critical quantum chains in their ground states. Our results indicate a universal leading behavior for large subsystem sizes. Moreover, as happens with the entanglement entropy, its finite-size behavior yields the conformal anomaly c of the underlying conformal field theory governing the long-distance physics of the quantum chain. We study analytically a chain of coupled harmonic oscillators and numerically the Q-state Potts models (Q = 2, 3, and 4), the XXZ quantum chain, and the spin-1 Fateev-Zamolodchikov model. The Shannon mutual information is a quantity easily computed, and our results indicate that for relatively small lattice sizes, its finite-size behavior already detects the universality class of quantum critical behavior.

Supersymmetric Dark Matter : aspects of sfermion coannihilations

There is very strong evidence that ordinary matter in the Universe is outweighed by almost ten times as much so-called dark matter. Dark matter does neither emit nor absorb light and we do not know what it is. One of the theoretically favoured candidates is a so-called neutralino from the supersymmetric extension of the Standard Model of particle physics. A theoretical calculation of the expected cosmic neutralino density must include the so-called coannihilations. Coannihilations are particle processes in the early Universe with any two supersymmetric particles in the initial state and any two Standard Model particles in the final state. In this thesis we discuss the importance of these processes for the calculation of the relic density. We will go through some details in the calculation of coannihilations with one or two so-called sfermions in the initial state. This includes a discussion of Feynman diagrams with clashing arrows, a calculation of colour factors and a discussion of ghosts in non-Abelian field theory. Supersymmetric models contain a large number of free parameters on which the masses and couplings depend. The requirement, that the predicted density of cosmic neutralinos must agree with the density observed for the unknown dark matter, will constrain the parameters. Other constraints come from experiments which are not related to cosmology. For instance, the supersymmetric loop contribution to the rare b -> sγ decay should agree with the measured branching fraction. The principles of the calculation of the rare decay are discussed in this thesis. Also on-going and planned searches for cosmic neutralinos can constrain the parameters. In one of the accompanying papers in the thesis we compare the detection prospects for several current and future searches for neutralino dark matter.

Zusammenhang zwischen der Einzelkettendynamik und der Dynamik von Konzentrationsfluktuationen in mehrkomponentigen Polymersystemen

Zusammmenfassung:Um Phasenseparation in binären Polymermischungen zuuntersuchen, werden zwei dynamische Erweiterungen der selbstkonsistenten Feldtheorie (SCFT)entwickelt. Die erste Methode benutzt eine zeitliche Entwicklung der Dichten und wird dynamische selbstkonsistente Feldtheorie (DSCFT) genannt, während die zweite Methode die zeitliche Propagation der effektiven äußeren Felder der SCFT ausnutzt. Diese Methode wird mit External Potential Dynamics (EPD) bezeichnet. Für DSCFT werden kinetische Koeffizienten verwendet, die entweder die lokale Dynamik von Punktteilchen oder die nichtlokale Dynamik von Rouse'schen Polymeren nachbilden. Die EPD-Methode erzeugt mit einem konstanten kinetischen Koeffizienten die Dynamik von Rouse'schen Ketten und benötigt weniger Rechenzeit als DSCFT. Diese Methoden werden für verschiedene Systeme angewendet.Zuerst wird spinodale Entmischung im Volumen untersucht,wobei der Unterschied zwischen lokaler und nichtlokalerDynamik im Mittelpunkt steht. Um die Gültigkeit derErgebnisse zu überprüfen, werden Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt. In Polymermischungen, die von zwei Wänden, die beide die gleiche Sorte Polymere bevorzugen, eingeschränkt werden, wird die Bildung von Anreicherungsschichten an den Wänden untersucht. Für dünne Polymerfilme zwischen antisymmetrischen Wänden, d.h. jede Wand bevorzugt eine andere Polymerspezies, wird die Spannung einer parallel zu den Wänden gebildeten Grenzfläche analysiert und der Phasenübergang von einer anfänglich homogenen Mischung zur lokalisierten Phase betrachtet. Des Weiteren wird die Dynamik von Kapillarwellenmoden untersucht.

Monte-Carlo-Simulationen zum Phasenverhalten binärer Polymerbürsten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Strukturbildung im schlechten Lösungsmittel bei ein- und zweikomponentigen Polymerbürsten, bei denen Polymerketten durch Pfropfung am Substrat verankert sind. Solche Systeme zeigen laterale Strukturbildungen, aus denen sich interessante Anwendungen ergeben. Die Bewegung der Polymere erfolgt durch Monte Carlo-Simulationen im Kontinuum, die auf CBMC-Algorithmen sowie lokalen Monomerverschiebungen basieren. Eine neu entwickelte Variante des CBMC-Algorithmus erlaubt die Bewegung innerer Kettenteile, da der bisherige Algorithmus die Monomere in Nähe des Pfropfmonomers nicht gut relaxiert. Zur Untersuchung des Phasenverhaltens werden mehrere Analysemethoden entwickelt und angepasst: Dazu gehören die Minkowski-Maße zur Strukturuntersuchung binären Bürsten und die Pfropfkorrelationen zur Untersuchung des Einflusses von Pfropfmustern. Bei einkomponentigen Bürsten tritt die Strukturbildung nur beim schwach gepfropften System auf, dichte Pfropfungen führen zu geschlossenen Bürsten ohne laterale Struktur. Für den graduellen Übergang zwischen geschlossener und aufgerissener Bürste wird ein Temperaturbereich bestimmt, in dem der Übergang stattfindet. Der Einfluss des Pfropfmusters (Störung der Ausbildung einer langreichweitigen Ordnung) auf die Bürstenkonfiguration wird mit den Pfropfkorrelationen ausgewertet. Bei unregelmäßiger Pfropfung sind die gebildeten Strukturen größer als bei regelmäßiger Pfropfung und auch stabiler gegen höhere Temperaturen. Bei binären Systemen bilden sich Strukturen auch bei dichter Pfropfung aus. Zu den Parametern Temperatur, Pfropfdichte und Pfropfmuster kommt die Zusammensetzung der beiden Komponenten hinzu. So sind weitere Strukturen möglich, bei gleicher Häufigkeit der beiden Komponenten bilden sich streifenförmige, lamellare Muster, bei ungleicher Häufigkeit formt die Minoritätskomponente Cluster, die in der Majoritätskomponente eingebettet sind. Selbst bei gleichmäßig gepfropften Systemen bildet sich keine langreichweitige Ordnung aus. Auch bei binären Bürsten hat das Pfropfmuster großen Einfluss auf die Strukturbildung. Unregelmäßige Pfropfmuster führen schon bei höheren Temperaturen zur Trennung der Komponenten, die gebildeten Strukturen sind aber ungleichmäßiger und etwas größer als bei gleichmäßig gepfropften Systemen. Im Gegensatz zur self consistent field-Theorie berücksichtigen die Simulationen Fluktuationen in der Pfropfung und zeigen daher bessere Übereinstimmungen mit dem Experiment.

Regularisierung und Renormierung in der Quantenfeldtheorie : Resultate aus dem Vergleich konsistenter und praktikabler Methoden

Die Arbeit beginnt mit dem Vergleich spezieller Regularisierungsmethoden in der Quantenfeldtheorie mit dem Verfahren zur störungstheoretischen Konstruktion der S-Matrix nach Epstein und Glaser. Da das Epstein-Glaser-Verfahren selbst als Regularisierungsverfahren verwandt werden kann und darüberhinaus ausschließlich auf physikalisch motivierten Postulaten basiert, liefert dieser Vergleich ein Kriterium für die Zulässigkeit anderer Regularisierungsmethoden. Zusätzlich zur Herausstellung dieser Zulässigkeit resultiert aus dieser Gegenüberstellung als weiteres wesentliches Resultat ein neues, in der Anwendung praktikables sowie konsistentes Regularisierungsverfahren, das modifizierte BPHZ-Verfahren. Dieses wird anhand von Ein-Schleifen-Diagrammen aus der QED (Elektronselbstenergie, Vakuumpolarisation und Vertexkorrektur) demonstriert. Im Gegensatz zur vielverwandten Dimensionalen Regularisierung ist dieses Verfahren uneingeschränkt auch für chirale Theorien anwendbar. Als Beispiel hierfür dient die Berechnung der im Rahmen einer axialen Erweiterung der QED-Lagrangedichte auftretenden U(1)-Anomalie. Auf der Stufe von Mehr-Schleifen-Diagrammen zeigt der Vergleich der Epstein-Glaser-Konstruktion mit dem bekannten BPHZ-Verfahren an mehreren Beispielen aus der Phi^4-Theorie, darunter das sog. Sunrise-Diagramm, daß zu deren Berechnung die nach der Waldformel des BPHZ-Verfahrens zur Regularisierung beitragenden Unterdiagramme auf eine kleinere Klasse eingeschränkt werden können. Dieses Resultat ist gleichfalls für die Praxis der Regularisierung bedeutsam, da es bereits auf der Stufe der zu berücksichtigenden Unterdiagramme zu einer Vereinfachung führt.

Rod-coil copolymer structures

Skalenargumente werden verwendet, um Rod-Coil Copolymere mit fester Zusammensetzung von steifen Stäbchen und flexiblen Ketten zu studieren. In einem selektiven Lösungsmittel, in dem sich nur die Ketten lösen, bildet ein Rod-Coil Multiblock zylinderförmige Micellen aus aggregierten Stäbchen verbunden durch Kettenstücke. Die Stäbchen aggregieren, um Energie zu gewinnen. Dieser Prozeß wird durch den Entropieverlust der flexiblen Ketten ausgeglichen. Das Adsorptionsverhalten von Aggregaten aus parallel aneinandergelagerten, einzelnen Rod-Coil Diblöcken in selektivem Lösungsmittel wird anhand von erweiterten Skalenbetrachtungen diskutiert. Wenn ein solches Aggregat mit den Stäbchen parallel zur Oberfläche adsorbiert, verschieben sich die Stäbchen gegeneinander. Zusätzlich werden die Stabilität der adsorbierten Aggregate und andere mögliche Konfigurationen untersucht. Um einen Rod-Coil Multiblock mit variabler Zusammensetzung zu studieren, wird eine Feldtheorie entwickelt. Jedes Segment kann entweder steif oder flexibel sein. Das System zeigt drei Phasenzustände, offene Kette, amorphe Globule und flüssig-kristalline Globule. Beim Übergang von amorpher zu flüssig-kristalliner Globule steigt der Anteil an steifen Segmenten rapide an. Dieser Übergang wird durch die isotrope Wechselwirkung zwischen den steifen Segmenten und die anisotrope Oberflächenenergie der Globule verursacht.