Molecular Dynamics Simulation

Condensed matter systems, ranging from simple fluids and solids to complex multicomponent materials and even biological matter, are governed by well understood laws of physics, within the formal theoretical framework of quantum theory and statistical mechanics. On the relevant scales of length and time, the appropriate ‘first-principles’ description needs only the Schroedinger equation together with Gibbs averaging over the relevant statistical ensemble. However, this program cannot be carried out straightforwardly—dealing with electron correlations is still a challenge for the methods of quantum chemistry. Similarly, standard statistical mechanics makes precise explicit statements only on the properties of systems for which the many-body problem can be effectively reduced to one of independent particles or quasi-particles. [...

New Directions for Contact Integrators

Contact integrators are a family of geometric numerical schemes which guarantee the conservation of the contact structure. In this work we review the construction of both the variational and Hamiltonian versions of these methods. We illustrate some of the advantages of geometric integration in the dissipative setting by focusing on models inspired by recent studies in celestial mechanics and cosmology.Comment: To appear as Chapter 24 in GSI 2021, Springer LNCS 1282

Segmentação, seguimento e avaliação automática de bactérias em imagens de microscópio

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia BiomédicaAo longo de várias décadas, os diversos trabalhos realizados no campo da microscopia caracterizaram-se por um vasto conjunto de procedimentos de análise em imagens microscópicas. A quantificação celular das imagens em estudo é normalmente um procedimento lento, podendo apresentar uma percentagem de erro significativa, devido essencialmente à elevada quantidade de observações a serem efetuadas. Neste sentido, o desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagem e de sistemas de reconhecimento, permite a criação de processos de quantificação automática de muitas das imagens microscópicas em estudo. A dissertação de mestrado aqui apresentada descreve e avalia o desenvolvimento de um algoritmo que tem como objetivo efetuar a segmentação e avaliação de um conjunto de imagens microscópicas. O protótipo projetado constitui um sistema de contabilização automática do número de bactérias E.coli visualizado em cada uma das imagens consideradas. As imagens foram disponibilizadas pelo Laboratory of Biosystem Dynamics da Tampere University of Technology tendo sido adquiridas através de microscópios confocais. O algoritmo desenvolvido pode dividir-se em três passos distintos. Inicialmente é aplicado um pré-processamento sobre as imagens em estudo constituído por um conjunto de transformações que retiram alguma da informação desnecessária da imagem e ao mesmo tempo melhoram os contornos dos segmentos constituintes. Seguidamente é implementado um processo de Template matching, que efetua a detecção da localização de cada uma das bactérias. Neste passo, as bactérias são povoadas individualmente por um conjunto de marcas que são posteriormente utilizadas no terceiro e último passo. Neste último passo é aplicada uma técnica de segmentação baseada no método Watershed, um dos mais estudados métodos de segmentação, inseridos na área do processamento de imagem. O protótipo foi testado nas imagens disponibilizadas, tendo obtido um grau de eficiência bastante satisfatório. De forma a avaliar a versatilidade do software desenvolvido, este foi também aplicado a imagens fornecidas por um dos mais eficientes softwares existentes no mercado e os seus resultados comparados

Three Risky Decades: A Time for Econophysics?

Our Special Issue we publish at a turning point, which we have not dealt with since World War II. The interconnected long-term global shocks such as the coronavirus pandemic, the war in Ukraine, and catastrophic climate change have imposed significant humanitary, socio-economic, political, and environmental restrictions on the globalization process and all aspects of economic and social life including the existence of individual people. The planet is trapped—the current situation seems to be the prelude to an apocalypse whose long-term effects we will have for decades. Therefore, it urgently requires a concept of the planet's survival to be built—only on this basis can the conditions for its development be created. The Special Issue gives evidence of the state of econophysics before the current situation. Therefore, it can provide excellent econophysics or an inter-and cross-disciplinary starting point of a rational approach to a new era

Simulations in statistical physics and biology: some applications

One of the most active areas of physics in the last decades has been that of critical phenomena, and Monte Carlo simulations have played an important role as a guide for the validation and prediction of system properties close to the critical points. The kind of phase transitions occurring for the Betts lattice (lattice constructed removing 1/7 of the sites from the triangular lattice) have been studied before with the Potts model for the values q=3, ferromagnetic and antiferromagnetic regime. Here, we add up to this research line the ferromagnetic case for q=4 and 5. In the first case, the critical exponents are estimated for the second order transition, whereas for the latter case the histogram method is applied for the occurring first order transition. Additionally, Domany's Monte Carlo based clustering technique mainly used to group genes similar in their expression levels is reviewed. Finally, a control theory tool --an adaptive observer-- is applied to estimate the exponent parameter involved in the well-known Gompertz curve. By treating all these subjects our aim is to stress the importance of cooperation between distinct disciplines in addressing the complex problems arising in biology. Contents: Chapter 1 - Monte Carlo simulations in stat. physics; Chapter 2: MC simulations in biology; Chapter 3: Gompertz equationComment: 82 pages, 33 figures, 4 tables, somewhat reduced version of the M.Sc. thesis defended in Jan. 2006 at IPICyT, San Luis Potosi, Mx. (Supervisers: Drs. R. Lopez-Sandoval and H.C. Rosu). Last sections 3.3 and 3.4 can be found at http://lanl.arxiv.org/abs/physics/041108

College of Engineering

Cornell University Courses of Study Vol. 95 2003/200