Ultracold Bose-Fermi mixtures with pairing: quantum phase transition, mechanical stability, and trap confinement

Ultracold dilute gases occupy an important role in modern physics and they are employed to verify fundamental quantum theories in most branches of theoretical physics. The scope of this thesis work is the study of Bose-Fermi (BF) mixtures at zero temperature with a tunable pairing between bosons and fermions. The mixtures are treated with diagrammatic quantum many-body methods based on the so-called T-matrix formalism. Starting from the Fermi-polaron limit, I will explore various values of relative concentrations up to mixtures with a majority of bosons, a case barely considered in previous works. An unexpected quantum phase transition is found to occur in a certain range of BF coupling for mixture with a slight majority of bosons. The mechanical stability of mixtures has been analysed, when the boson-fermion interaction is changed from weak to strong values, in the light of experimental results recently obtained for a double-degenerate Bose-Fermi mixture of 23 Na - 40 K. A possible improvement in the description of the boson-boson repulsion based on Popov's theory is proposed. Finally, the effects of a harmonic trapping potential are described, with a comparison with the experimental data for the condensate fraction recently obtained for a trapped 23 Na - 40 K mixture.

La moderna teoria dei fenomeni fisici (radioattività, ioni, elettroni) di Augusto Righi un esempio di divulgazione della teoria dell'elettrone di Lorentz

Augusto Righi (1850 - 1920) è stato un fisico bolognese di prestigio e fama internazionale, i suoi contributi scientifici spaziarono in quasi tutti gli ambiti della fisica noti al tempo; inoltre, egli era rinomato per essere un insegnate chiaro e comprensibile, che si dedicò anche alla comunicazione scientifica con la società. In questo lavoro di tesi: si analizza l’opera La moderna teoria dei fenomeni fisici (radioattività, ioni, elettroni) di Augusto Righi, come esempio divulgativo di successo della teoria degli elettroni di Lorentz; si delinea il quadro culturale e sociale presente a cavallo tra l’Ottocento e il Novecento in Italia, Inghilterra e Francia; si selezionano alcune opere della scena internazionale per meglio collocare il contributo di Righi; si definiscono le differenze terminologiche tra la divulgazione scientifica e la Public Understanding of Science sorta negli ultimi decenni. Si procede dunque col definire una griglia di analisi tramite la quale si studia la trasposizione attuata dagli autori sui contenuti scientifici della teoria degli elettroni, nel momento in cui questi vengono comunicati alla società. Si mostra come la teoria degli elettroni sia stata sviluppata da Lorentz durante la fine dell’Ottocento e come questa sia sviluppata in diversi sui scritti; si ricostruiscono quindi i natali di tale teoria, per poi delinearne le caratteristiche principali esposte da Lorentz, Righi, Pearson e Poincaré. In questo confronto consiste la prima analisi presentata in questo scritto ed effettuata mantenendo una visione ampia sulle opere dei quattro scienziati; successivamente si propone un esempio di analisi più profonda e dettagliata, riguardante in particolare uno dei punti principali della teoria di Lorentz: il rapporto fra la carica elettrica e la massa dell’elettrone.