Electric dipole moment searches: reexamination of frequency shifts for particles in traps

In experiments searching for a nonzero electric dipole moment of trapped particles, frequency shifts correlated with an applied electric field can be interpreted as a false signal. One such effect, referred to as the geometric phase effect, is known to occur in a magnetic field that is nonperfectly homogeneous. The increase in sensitivity of experiments demands improved theoretical description of this effect. In the case of fast particles, like atoms at room temperature and low pressure, the validity of established theories was limited to a cylindrical confinement cell in a uniform gradient with cylindrical symmetry. We develop a more general theory valid for an arbitrary shape of the magnetic field as well as for arbitrary geometry of the confinement cell. Our improved theory is especially relevant for experiments measuring the neutron electric dipole moment with an atomic comagnetometer. In this context, we have reproduced and extended earlier numerical studies of the geometric phase effect induced by localized magnetic impurities

Experimental study of 199Hg spin anti-relaxation coatings

We report on a comparison of spin relaxation rates in a $^{199}$Hg magnetometer using different wall coatings. A compact mercury magnetometer was built for this purpose. Glass cells coated with fluorinated materials show longer spin coherence times than if coated with their hydrogenated homologues. The longest spin relaxation time of the mercury vapor was measured with a fluorinated paraffin wall coating.Comment: 9 pages, 6 figures, submitted to JINS

Análisis de vibraciones de vigas rotantes utilizando las ecuaciones de movimiento de Kane y el método de los modos asumidos

Fil: Gómez, C. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina.Fil: Gómez, C. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires; Argentina.Fil: Preidikmana, S. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina.Fil: Preidikmana, S. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires; Argentina.Fil: Roccia, B. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina.Fil: Roccia, B. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ciencias Básicas; Argentina.Fil: Roccia, B. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires; Argentina.Numerosos trabajos para estudiar las características de vibraciones libres de vigas sometidas a movimientos de rotación fueron motivados por el diseño de rotores de helicópteros, brazos robóticos, y turbinas eólicas, entre otros. En este trabajo, se derivan las ecuaciones de movimiento de Kane que gobiernan la dinámica de una viga libre en un extremo y empotrada en el otro a una base sometida a un movimiento de rotación con velocidad angular constante. Se considera el movimiento axial y dos movimientos transversales (edge-wise y flap-wise) de la viga y se adopta un modelo de Euler-Bernoulli con propiedades homogéneas. Las ecuaciones de movimiento se discretizan espacialmente mediante el método de Rayleigh-Ritz de los modos asumidos. Se desarrolló una herramienta computacional que permite calcular las frecuencias y modos naturales de vibrar del sistema giroscópico en función de la velocidad angular de rotación de la base y del número de modos asumidos utilizados en la discretización espacial. Del análisis de la dinámica del sistema en estudio se concluye que existe un acoplamiento entre los movimientos edge-wise y axial, y debido al mismo es posible captar el fenómeno de pandeo (frecuencia natural nula) de la estructura a una cierta velocidad de rotación de la base. Las simulaciones numéricas llevadas a cabo han mostrado este fenómeno y, además, han puesto en evidencia la existencia de un cruce entre las frecuencias porque cada modo evoluciona con el aumento de velocidad angular de distinta manera. Además, se analizaron las características modales del movimiento transversal flap-wise que está desacoplado y se representó gráficamente el comportamiento de las frecuencias naturales del sistema que crecen con la velocidad de rotación de la base.http://www.cibb.org.ar/congresoenergia/Fil: Gómez, C. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina.Fil: Gómez, C. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires; Argentina.Fil: Preidikmana, S. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina.Fil: Preidikmana, S. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires; Argentina.Fil: Roccia, B. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina.Fil: Roccia, B. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ciencias Básicas; Argentina.Fil: Roccia, B. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires; Argentina.Mecánica Aplicad

Level density of a Fermi gas: average growth and fluctuations

We compute the level density of a two--component Fermi gas as a function of the number of particles, angular momentum and excitation energy. The result includes smooth low--energy corrections to the leading Bethe term (connected to a generalization of the partition problem and Hardy--Ramanujan formula) plus oscillatory corrections that describe shell effects. When applied to nuclear level densities, the theory provides a unified formulation valid from low--lying states up to levels entering the continuum. The comparison with experimental data from neutron resonances gives excellent results.Comment: 4 pages, 1 figur

The half-life of 221^{221}Fr in Si and Au at 4K and at mK temperatures

The half-life of the $\alpha$ decaying nucleus $^{221}$Fr was determined in different environments, i.e. embedded in Si at 4 K, and embedded in Au at 4 K and about 20 mK. No differences in half-life for these different conditions were observed within 0.1%. Furthermore, we quote a new value for the absolute half-life of $^{221}$Fr of t$_{1/2}$ = 286.1(10) s, which is of comparable precision to the most precise value available in literature

Vibraciones libres de vigas rotantes utilizando las ecuaciones de movimiento de Kane y el método de los modos asumidos

El diseño de rotores de helicópteros, brazos robóticos, turbinas eólicas y otros sistemas mecánicos que involucran movimientos giratorios, ha motivado numerosos estudios sobre los modos de vibrar de vigas sometidas a movimiento de rotación. En este trabajo, se derivan las ecuaciones de movimiento que gobiernan la dinámica de una viga que está empotrada en uno de sus extremos (viga en voladizo) a una base sometida a un movimiento de rotación con velocidad angular constante. Se considera un modelo de viga de Euler-Bernoulli con propiedades homogéneas. Para encontrar las ecuaciones de movimiento que gobiernan el desplazamiento axial y transversal (flap-wise y edge-wise) de la viga, se utiliza: i) las ecuaciones dinámicas de Kane y, ii) el método de Rayleigh-Ritz de los modos asumidos que permite discretizar espacialmente el sistema continuo. Las simulaciones numéricas muestran que al aumentar la velocidad de giro, las frecuencias naturales de vibración aumentan; aunque existe una velocidad que anula la primera frecuencia natural del sistema acoplado axial-edgewise lo que indica el “pandeo” de la estructura. Es posible captar este fenómeno porque se considera el acoplamiento entre los movimientos edge-wise y axial. En tanto que, el movimiento flap-wise tiene un comportamiento más previsible donde las frecuencias naturales crecen monótonamente con la velocidad debido a la rigidización que introducen las fuerzas centrífugas.Facultad de Ingenierí

Vibraciones libres de vigas rotantes utilizando las ecuaciones de movimiento de Kane y el método de los modos asumidos

El diseño de rotores de helicópteros, brazos robóticos, turbinas eólicas y otros sistemas mecánicos que involucran movimientos giratorios, ha motivado numerosos estudios sobre los modos de vibrar de vigas sometidas a movimiento de rotación. En este trabajo, se derivan las ecuaciones de movimiento que gobiernan la dinámica de una viga que está empotrada en uno de sus extremos (viga en voladizo) a una base sometida a un movimiento de rotación con velocidad angular constante. Se considera un modelo de viga de Euler-Bernoulli con propiedades homogéneas. Para encontrar las ecuaciones de movimiento que gobiernan el desplazamiento axial y transversal (flap-wise y edge-wise) de la viga, se utiliza: i) las ecuaciones dinámicas de Kane y, ii) el método de Rayleigh-Ritz de los modos asumidos que permite discretizar espacialmente el sistema continuo. Las simulaciones numéricas muestran que al aumentar la velocidad de giro, las frecuencias naturales de vibración aumentan; aunque existe una velocidad que anula la primera frecuencia natural del sistema acoplado axial-edgewise lo que indica el “pandeo” de la estructura. Es posible captar este fenómeno porque se considera el acoplamiento entre los movimientos edge-wise y axial. En tanto que, el movimiento flap-wise tiene un comportamiento más previsible donde las frecuencias naturales crecen monótonamente con la velocidad debido a la rigidización que introducen las fuerzas centrífugas.Facultad de Ingenierí

Vibraciones libres de vigas rotantes utilizando las ecuaciones de movimiento de Kane y el método de los modos asumidos

El diseño de rotores de helicópteros, brazos robóticos, turbinas eólicas y otros sistemas mecánicos que involucran movimientos giratorios, ha motivado numerosos estudios sobre los modos de vibrar de vigas sometidas a movimiento de rotación. En este trabajo, se derivan las ecuaciones de movimiento que gobiernan la dinámica de una viga que está empotrada en uno de sus extremos (viga en voladizo) a una base sometida a un movimiento de rotación con velocidad angular constante. Se considera un modelo de viga de Euler-Bernoulli con propiedades homogéneas. Para encontrar las ecuaciones de movimiento que gobiernan el desplazamiento axial y transversal (flap-wise y edge-wise) de la viga, se utiliza: i) las ecuaciones dinámicas de Kane y, ii) el método de Rayleigh-Ritz de los modos asumidos que permite discretizar espacialmente el sistema continuo. Las simulaciones numéricas muestran que al aumentar la velocidad de giro, las frecuencias naturales de vibración aumentan; aunque existe una velocidad que anula la primera frecuencia natural del sistema acoplado axial-edgewise lo que indica el “pandeo” de la estructura. Es posible captar este fenómeno porque se considera el acoplamiento entre los movimientos edge-wise y axial. En tanto que, el movimiento flap-wise tiene un comportamiento más previsible donde las frecuencias naturales crecen monótonamente con la velocidad debido a la rigidización que introducen las fuerzas centrífugas.Facultad de Ingenierí

Average ground-state energy of finite Fermi systems

Semiclassical theories like the Thomas-Fermi and Wigner-Kirkwood methods give a good description of the smooth average part of the total energy of a Fermi gas in some external potential when the chemical potential is varied. However, in systems with a fixed number of particles N, these methods overbind the actual average of the quantum energy as N is varied. We describe a theory that accounts for this effect. Numerical illustrations are discussed for fermions trapped in a harmonic oscillator potential and in a hard wall cavity, and for self-consistent calculations of atomic nuclei. In the latter case, the influence of deformations on the average behavior of the energy is also considered.Comment: 10 pages, 8 figure

Semiclassical theory for spatial density oscillations in fermionic systems

We investigate the particle and kinetic-energy densities for a system of $N$ fermions bound in a local (mean-field) potential V(\bfr). We generalize a recently developed semiclassical theory [J. Roccia and M. Brack, Phys. Rev.\ Lett. {\bf 100}, 200408 (2008)], in which the densities are calculated in terms of the closed orbits of the corresponding classical system, to $D>1$ dimensions. We regularize the semiclassical results $(i)$ for the U(1) symmetry breaking occurring for spherical systems at $r=0$ and $(ii)$ near the classical turning points where the Friedel oscillations are predominant and well reproduced by the shortest orbit going from $r$ to the closest turning point and back. For systems with spherical symmetry, we show that there exist two types of oscillations which can be attributed to radial and non-radial orbits, respectively. The semiclassical theory is tested against exact quantum-mechanical calculations for a variety of model potentials. We find a very good overall numerical agreement between semiclassical and exact numerical densities even for moderate particle numbers $N$. Using a "local virial theorem", shown to be valid (except for a small region around the classical turning points) for arbitrary local potentials, we can prove that the Thomas-Fermi functional $\tau_{\text{TF}}[\rho]$ reproduces the oscillations in the quantum-mechanical densities to first order in the oscillating parts.Comment: LaTeX, 22pp, 15 figs, 1 table, to be published in Phys. Rev.