Sistemas de muitos corpos : gases nobres pesados adsorvidos em substratos de grafeno e gases de Fermi ultrafrios

Orientador: Silvio Antonio Sachetto VitielloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Nessa dissertação nós investigamos dois sistemas de muitos corpos. Na primeira parte nós escolhemos uma abordagem clássica para estudar a adsorção de gases nobres pesados, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn, em substratos de grafeno. Nós apresentamos evidências de camadas adsorvidas comensuradas, as quais dependem fortemente da simetria do substrato, para duas estruturas: camadas de Ne na rede sqrt{7} X sqrt{7} e Kr na rede sqrt{3} X sqrt{3}. Para estudar o derretimento nós introduzimos um parâmetro de ordem e sua susceptibilidade. O calor específico e a susceptibilidade em função da temperatura foram calculados para os gases nobres pesados em diversas densidades. A posição e largura característica dos picos do calor específico e da susceptibilidade foram determinadas. Finalmente, nós investigamos a distância dos primeiros vizinhos e a distância entre a camada e o substrato, identificando contribuições relacionadas aos picos do calor específico e da susceptibilidade. A segunda parte da dissertação trata de uma linha de vórtice no gás unitário de Fermi. Gases fermiônicos ultrafrios são notáveis devido à possibilidade experimental de variar as interações interpartículas através de ressonâncias de Feshbach, o que possibilita a observação do crossover BCS-BEC. No meio do crossover encontra-se um estado fortemente interagente, o gás unitário de Fermi. Uma linha de vórtice corresponde a uma excitação desse sistema com unidades de circulação quantizadas. Nós construímos funções de onda, inspiradas na função BCS, para descrever o estado fundamental e também o sistema com uma linha de vórtice. Nossos resultados para o estado fundamental elucidam aspectos da geometria cilíndrica do problema. O perfil de densidade é constante no centro do cilindro e vai a zero suavemente na borda. Nós separamos a contribuição devido à parede da energia do estado fundamental e determinamos a energia por partícula do bulk, epsilon_0=(0.42 +- 0.01) E_{FG}. Nós também calculamos o gap superfluído para essa geometria, Delta=(0.76 +- 0.01) E_{FG}. Para o sistema com a linha de vórtice nós obtivemos o perfil de densidade, o qual corresponde a uma densidade não nula no centro do vórtice, e a energia de excitação por partícula, epsilon_{ex}=(0.0058 +- 0.0003) E_{FG}. Os métodos empregados nessa dissertação, Dinâmica Molecular, Monte Carlo Variacional e Monte Carlo de Difusão, nos dão uma base sólida para a investigação de sistemas relacionados, e outros sistemas, de muitos corpos no futuroAbstract: In this dissertation we investigated two many-body systems. For the first part we chose a classical approach to study the adsorption of heavy rare-gases, Ne, Ar, Kr, Xe and Rn, on graphene substrates. We presented evidences of commensurate adlayers, which depend strongly on the symmetry of the substrate, for two structures: Ne adlayers in the sqrt{7} X sqrt{7} superlattice and Kr in the sqrt{3} X sqrt{3} lattice. In order to study the melting of the system we introduced an order parameter, and its susceptibility. The specific heat and susceptibility as a function of the temperature were calculated for the heavy noble gases at various densities. The position and characteristic width of the specific heat and susceptibility peaks of these systems were determined. Finally, we investigated the first neighbor distance and the distance between the adlayer and the substrate, identifying contributions related to specific heat and melting peaks. The second part of the dissertation deals with a vortex line in the unitary Fermi gas. Ultracold Fermi gases are remarkable due to the experimental possibility to tune interparticle interactions through Feshbach resonances, which allows the observation of the BCS-BEC crossover. Right in the middle of the crossover lies a strongly interacting state, the unitary Fermi gas. A vortex line corresponds to an excitation of this system with quantized units of circulation. We developed wavefunctions, inspired by the BCS wavefunction, to describe the ground state and also for a system with a vortex line. Our results for the ground state elucidate aspects of the cylindrical geometry of the problem. The density profile is flat in the center of the cylinder and vanishes smoothly at the wall. We were able to separate from the ground state of the system the wall contribution and we have determined the bulk energy as epsilon_0=(0.42 +- 0.01) E_{FG} per particle. We also calculated the superfluid pairing gap for this geometry, Delta=(0.76 +- 0.01) E_{FG}. For the system with a vortex line we obtained the density profile, which corresponds to a non-zero density at the core, and the excitation energy, epsilon_{ex}=(0.0058 +- 0.0003) E_{FG} per particle. The methods employed in this dissertation, Molecular Dynamics, Variational Monte Carlo and Diffusion Monte Carlo, give us a solid basis for the investigation of related and other many-body systems in the futureMestradoFísicaMestre em Física2012/24195-2FAPES

Intervenção psicossocial na doença mental grave: revisão da evidência.

Introdução: Existe uma extensa quantidade de investigação empírica relativa a efectividade de várias intervenções psicossociais em pacientes com doenca mental grave (DMG). No entanto, estes resultados mostram-se, por vezes, contraditórios, fruto de trabalhos com sérias limitações metodológicas, sendo difícil a sua integração e aplicação na prática clínica. Objetivo: Revisão da literatura atual relativa à efetividade das várias intervenções psicossociais no doente mental grave, no âmbito da Psiquiatria Comunitária. Foram utilizadas bases de dados online – Medline, Cochrane Library, Embase e PsycINFO. Resultados: Os programas de treino de atividades diárias não evidenciam diferenças clinicamente significativas face a intervenções usuais. Os programas residenciais na comunidade parecem melhorar o funcionamento social, a integração no meio e a satisfação dos utentes com doença mental grave, além de promover a adesão à terapia farmacológica. Os programas dirigidos ao lazer e ao tempo livre parecem melhorar o funcionamento social dos indivíduos com DMG, bem como a satisfação geral. Em termos de programas orientados para o emprego, existe boa evidência quanto a programas com tipologias de emprego protegido ou apoio no emprego - colocação rápida, com treino prévio curto, e apoio individual frequente. Relativamente às intervenções ao nível dos serviços, o tratamento assertivo na comunidade está associado a uma maior probabilidade de manter o doente em contacto com os serviços, com efetiva redução dos internamentos hospitalares. O doente com DMG integrado em programa de terapeuta de referência – ‘Case Management’ (CM) – tem maior possibilidade de se manter em contacto com os serviços e maior adesão à medicação psicotrópica. O Case Management de aplicação intensiva poderá ter um desempenho mais eficiente face ao CM convencional, prevendo-se um melhor desempenho no paciente com DMG que tende a utilizar frequentemente os cuidados hospitalares. Os Hospitais de Dia (não-agudos) não evidenciam eficácia superior às intervenções regulares em termos de taxas de internamento, psicopatologia ou funcionamento social

Scattering length and effective range of microscopic two-body potentials

Scattering processes are a fundamental way of experimentally probing distributions and properties of systems in several areas of physics. Considering two-body scattering at low energies, when the de Broglie wavelength is larger than the range of the potential, partial waves with high angular momentum are typically unimportant. The dominant contribution comes from $l=0$ partial waves, commonly known as $s$-wave scattering. This situation is very relevant in atomic physics, e.g. cold atomic gases, and nuclear physics, e.g. nuclear structure and matter. This manuscript is intended as a pedagogical introduction to the topic while covering a numerical approach to compute the desired quantities. We introduce low-energy scattering with particular attention to the concepts of scattering length and effective range. These two quantities appear in the effective-range approximation, which universally describes low-energy processes. We outline a numerical procedure for calculating the scattering length and effective range of spherically symmetric two-body potentials. As examples, we apply the method to the spherical well, modified P\"oschl-Teller, Gaussian, and Lennard-Jones potentials. We hope to provide the tools so students can implement similar calculations and extend them to other potentials.Comment: 19+5 pages, 10+1 figure

Intra-scales energy transfer during the evolution of turbulence in a trapped Bose-Einstein condensate

In turbulence phenomena, including the quantum turbulence in superfluids, an energy flux flows from large to small length scales, composing a cascade of energy. A universal characteristic of turbulent flows is the existence of a range of scales where the energy flux is scale-invariant: this interval of scales is often referred to as inertial region. This property is fundamental as, for instance, in turbulence of classical fluids it characterizes the behavior of statistical features such as spectra and structure functions. Here we show that also in decaying quantum turbulence generated in trapped Bose-Einstein condensates (BECs), intervals of momentum space where the energy flux is constant can be identified. Indeed, we present a procedure to measure the energy flux using both the energy spectrum and the continuity equation. A range of scales where the flux is constant is then determined employing two distinct protocols and in the same range, the momentum distribution measured is consistent with previous work. The successful identification of a region with constant flux in turbulent BECs is a manifestation of the universal character of turbulence in these quantum systems. These measurements pave the way for studies of energy conservation and dissipation in trapped atomic superfluids, and also analogies with the related processes that take place in ordinary fluids.Comment: 7 pages, 5 figure

Entropy of a Turbulent Bose-Einstein Condensate

Quantum turbulence deals with the phenomenon of turbulence in quantum fluids, such as superfluid helium and trapped Bose-Einstein condensates (BECs). Although much progress has been made in understanding quantum turbulence, several fundamental questions remain to be answered. In this work, we investigated the entropy of a trapped BEC in several regimes, including equilibrium, small excitations, the onset of turbulence, and a turbulent state. We considered the time evolution when the system is perturbed and let to evolve after the external excitation is turned off. We derived an expression for the entropy consistent with the accessible experimental data, that is, using the assumption that the momentum distribution is well-known. We related the excitation amplitude to different stages of the perturbed system, and we found distinct features of the entropy in each of them. In particular, we observed a sudden increase in the entropy following the establishment of a particle cascade. We argue that entropy and related quantities can be used to investigate and characterize quantum turbulence.Comment: 14 pages, 5 figure