The critical transition of Coulomb impurities in gapped graphene

The effect of supercritical charge impurities in graphene is very similar to the supercritical atomic collapses in QED for Z > 137, but with a much lower critical charge. In this sense graphene can be considered as a natural testing ground for the analysis of quantum field theory vacuum instabilities. We analyze the quantum transition from subcritical to supercritical charge regimes in gapped graphene in a common framework that preserves unitarity for any value of charge impurities. In the supercritical regime it is possible to introduce boundary conditions which control the singular behavior at the impurity. We show that for subcritical charges there are also non-trivial boundary conditions which are similar to those that appear in QED for nuclei in the intermediate regime 118<Z<137. We analyze the behavior of the energy levels associated to the different boundary conditions. In particular, we point out the existence of new bound states in the subcritical regime which include a negative energy bound state in the attractive Coulomb regime. A remarkable property is the continuity of the energy spectral flow under variation of the impurity charge even when jumping across the critical charge transition. We also remark that the energy levels of Hydrogenoid bound states at critical values of charge impurities act as focal points of the spectral flow.Comment: 24 pages, 7 figure

Coulomb Phases: from Graphene to Quark Confinement

La demostración analítica del confinamiento en QCD es unos de los problemas abiertos mas destacado de la física teórica. Con la motivación de aportar contribuciones significativas a la comprensión de este fenómeno, el objetivo principal de este trabajo de tesis ha sido obtener resultados analíticos, a partir de primeros principios de QCD, sobre la interpolación continua entre el régimen de libertad asintótica y el de confinamiento, demostrando que ambos son compatibles para valores intermedios de energías La importancia del estudio del régimen intermedio de energías está en que la demostración analítica de la ausencia de transiciones de fase en este régimen equivaldría a una demostración del confinamiento de quarks. Nuestro trabajo se ha inspirado principalmente en la imagen del confinamiento de Gribov. Esta se basa en la inestabilidad de los átomos hidrogenoides con cargas nucleares mayores que Zc = 137. A partir de este valor el vacío se vuelve inestable y decae produciendo pares electrón positrón. Con esta analogía, Gribov sugirió que un fenómeno similar, debido a la inestabilidad de fase de Coulomb en QCD, pudiese ser la causa del confinamiento de quarks. Encontró un valor crítico de la constante de acoplo, a partir de la cual el vacío de QCD es inestable y decae en pares de quarks y antiquarks. Infortunadamente, debido a su fallecimiento, no pudo concluir la demostración Recientemente, el aislamiento de capas monoatómicas de grafeno ha permitido la verificación experimental de muchas predicciones teóricas de QED. En efecto, las evidencias experimentales confirman que las impurezas del grafeno con cargas supercríticas sufren un efecto de apantallamiento. Este fenómeno puede describirse de una manera efectiva mediante la ecuación de Dirac con un potencial Coulombiano que predice la inestabilidad de la fase de Coulomb para cargas supercríticas, en analogía con el mecanismo de confinamiento de Gribov en QCD. Por estas razones nos hemos propuesto un estudio riguroso desde el punto de vista matemático de la transición desde el régimen subcrítico al supercrítico en el grafeno, mediante una descripción global de las fases de Coulomb para todos los valores de carga de la impureza. Hemos analizado rigurosamente el Hamiltoniano de Dirac con potencial de Coulomb en dos dimensiones, como operador autoadjunto en términos de las condiciones del contorno cerca de la singularidad. Hemos descubierto que la renormalización de la singularidad juegan un papel fundamental los modos cero asintóticos. El análisis muestra que existen una infinidad de extensiones autoadjuntas para todas la cargas, parametrizadas por un ángulo, que define un flujo espectral con propiedades físicas observables (Capítulo 2). Por otro lado, la extensión al caso de QED tridimensional, muestra que la motivación inicial de Gribov basada en la perdida de la unitariedad del vacío para cargas supercrítica no es completamente correcta. De todas formas, sus argumentos todavía son muy atractivos. El objetivo principal de la tesis ha sido obtener una imagen del confinamiento similar a la de Gribov pero desde una nueva perspectiva, basada en primeros principios, a partir de la función de partición Euclidea definida por el Lagrangiano de QCD. En primer lugar hemos considerado el caso de un quark estático pesado. Hemos analizado la estabilidad de la fase de Coulomb en la aproximación de fase estacionaria. Hemos aprovechado el análisis desarrollado para el grafeno, para definir las extensiones autoadjuntas del operador de fluctuaciones cuadráticas de los campos gauge en términos de las condiciones al contorno singulares. Hemos encontrado que para constantes de acoplo a^2>5/4 la fase de Coulomb se vuelve inestable debido a la aparición de modos negativos para las fluctuaciones bosónicas. La aparición de estos modos negativos esta estrictamente relacionada con la ruptura de la simetría conforme, debido a una escala de energía introducida por las condiciones al contorno. Los resultados muestran que para constantes de acoplo pequeñas se obtiene libertad asintótica, mientras que para cargas muy grandes la inestabilidad de la fase de Coulomb conduce la posibilidad de comportamientos confinantes (Capítulo 3). En segundo lugar, para obtener una imagen mas profunda del mecanismo confinamiento, hemos considerado el caso de un par estático de quark antiquark pesados, que posee los mismos números cuánticos que un mesón. La novedad principal es la introducción de una nueva escala en la teoría, la separación entre los quarks. Antes de atacar el problema en tres dimensiones, hemos estudiado el caso quark-antiquark en una dimensión. Esto nos ha permitido obtener resultados analíticos que han sido fundamentales para la comprensión del caso tridimensional. En particular, para un intervalo intermedio de cargas, hemos encontrado la existencia de una distancia crítica entre los quarks del par tal que para separaciones menores el sistema es estable y se vuelve inestable para separaciones mayores. El fenómeno de la distancia critica es una consecuencia directa de la introducción de las condiciones de contorno autoadjuntas para ambas singularidades de los quarks (Capítulo 4). Hemos extendido los resultados al caso tridimensional. Debido a su mayor complejidad, el análisis ha sido realizado principalmente a través de métodos numéricos. Como esperábamos, hemos encontrado un régimen intermedio de constante de acoplo, 2 118) es necesario seleccionar una condición de contorno cerca de la singularidad de Coulomb. La elección de la condición de contorno se puede describir por un parámetro con dimensiones que introduce una ruptura anómala de la simetría conforme. 2. El mismo fenómeno físico se produce en sistemas bidimensionales de materia condensada, pero con valores mas bajos de la carga crítica. En particular, en el análisis de impurezas en el grafeno, la carga crítica puede alcanzar valores tan bajos como Z = 1. Un análisis detallado del régimen supercrítico teniendo en cuenta interacciones de muchos cuerpos da lugar a un fenómero de apantallamiento de la carga de la impureza. Las predicciones teóricas sobre este fenómeno coinciden con datos experimentales recientes. 3. En la aproximación de fase estacionaria a la teoría de Yang-Mills en presencia de quarks externos, encontramos que las soluciones de Coulomb se vuelven inestables para valores de las constante de acoplamiento fuerte mayores que a^2=5/4. La inestabilidad se debe a la aparición de modos negativos en las fluctuaciones del gluón alrededor de la configuración de Coulomb del campo gauge. 4. El mismo análisis muestra que el régimen de Coulomb también es inestable en un fondo de quarks pesados. En ese caso, para constantes de acoplamiento a^2=2 ocurre un fenómeno idéntico, pero el mismo se vuelve fuertemente dependiente de la distancia entre los quarks del par. Para cualquier elección de la condición de contorno hay una distancia crítica Lc a partir de la cual el fondo de Coulomb es estable para pares con separaciones menores que 2Lc y se vuelve inestable para separaciones mayores L > Lc. 5 . En el régimen intermedio 29/4, la fase de Coulomb es respectivamente estable e inestable para todas las separaciones. Por el contrario, el régimen intermedio interpola suavemente desde un régimen de libertad asintótica a un régimen de confinamiento. Estos son los primeros indicios analíticos derivados de primeros principios de que QCD no atraviesa una transición de fase a escalas de energía intermedias. 6. Resulta sorprendente que las fluctuaciones que conducen al régimen de inestabilidad de Coulomb exhiban una cuerda gruesa prominente que conecta los dos quarks, lo que apunta a una imagen de QCD en la que el confinamiento sería debido a cuerdas gruesas en lugar de a cuerdas fundamentales. 7. En la imagen de confinamiento de Gribov, se asigna un papel destacado a los quarks ligeros en el mecanismo de confinamiento. Nuestro análisis de la contribución de las fluctuaciones de los quarks ligeros en un fondo Coulombiano señala la existencia de un nuevo tipo de inestabilidades fermiónicas. Estas aparecen solo para acoplamientos mayores que a^2=3. En efecto, para acoplamientos mayores que este nuevo valor crítico existe una distancia donde la energía de vacío del sistema se vuelve infinita. Esto dispara un proceso de formación de pares quark-antiquark que rompen la cuerda cromoeléctrica e inducen la inestabilidad de la fase de Coulomb. 8. No obstante, el hecho de que las inestabilidades fermiónicas aparezcan para valores de la constante de acoplamiento mas grandes que en el caso bosónico muestra que el mecanismo de confinamiento esta dominado principalmente por gluones en lugar de quarks ligeros, discrepando del escenario de Gribov. 9. Los nuevos resultados confirman, sin embargo, la mayoría de las predicciones del escenario de Gribov y la derivación contenida en esta memoria desde primeros principios abre una nueva vía a la demostración analítica del confinamiento de quarks. Bibliografía 1. V. N. Gribov, QCD at large and short distances (annotated version), Eur. Phys. J. C 10 (1999) 71, arXiv:hep-ph/9807224. 2. V. N. Gribov, The theory of quark confinement, Eur. Phys. J. C 10 (1999) 91, arXiv:hep-ph/9902279 3. V. N. Gribov, Orsay Lectures on confinement, LPT Orsay 92-60 (1993), arXiv:hep- ph/9403218; LPT Orsay 94 -20 (1994), arXiv:hep-ph/9404332 and LPT Orsay (1999) 99-37 , arXiv:hep-ph/9905285. 4. C. Ewerz, Gribov's picture of confinement and chiral symmetry breaking, Prepared for Conference: C05-05-22.3, p.366-378, arXiv:hep-ph/0601271 5. Y. L. Dokshitzer and D. E. Kharzeev, The Gribov Conception of Quantum Chromodynamics, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 54 (2004) 487, arXiv:hep-ph/0404216. 6. A.H. Castro Neto, F. Guinea, N.M.R. Peres, K.S. Novoselov and A.K. Geim, The electronic properties of graphene , Rev.Mod.Phys. 81 (2009) 109-162. 7. D. S. Novikov, Elastic scattering theory and transport in graphene, Phys. Rev. B 76 (2007) 245435. 8. O. V. Gamayun, E. V. Gorbar and V. P. Gusynin, Supercritical Coulomb center and excitonic instability in graphene, Phys. Rev. B 80 (2009) 165429. 9. K. S. Gupta, S. Sen, Bound states in gapped graphene with impurities: Effective low-energy description of short-range interactions, Phys. Rev. B 78 (2008) 205429 10. B. Chakraborty, K. S. Gupta and S. Sen, Effect of topological defects and Coulomb charge on the low energy quantum dynamics of gapped graphene, J.Phys. A 46 (2013) 055303 11. M. Asorey and A. Santagata, Instability of Coulomb phase in QCD , PoS ConfinementX (2012) 057 12. M. Asorey and A. Santagata, Singular Potentials: Confinement and Riemann Hypothesis, Nuovo Cimento C 36 (2013) 03 13. M. Asorey and A. Santagata,Coulomb phase stability and quark confinement, PoS QCD-TNT-III (2014) 004 14. M. Asorey and A. Santagata, Instabilities of Coulomb phases and quark confinement in QCD, AIP Conference Proceedings (2014) 15. M. Asorey, A. Ibort, G. Marmo, Global theory of quantum boundary conditions and topology change, Int.J.Mod.Phys. A20 (2005) 1001-1026 [arXiv preprint hep-th/0403048]. 16. J.G. Esteve, Origin of the anomalies: The Modified Heisenberg equation, Phys.Rev. D66 (2002) 125013 [arXiv:hep-th/0207164]. 17. J.G. Esteve, Anomalies in Conservation Laws in the Hamiltonian Formalism, Phys.Rev. D34 (1986) 674-677. 18. G. Sierra, H = xp with interaction and the Riemann zeros, Nucl.Phys. B776 (2007) 327-364, math-ph/0702034. 19. G. Sierra, A quantum mechanical model of the Riemann zeros, New J.Phys. 10 (2008) 033016 [arXiv:0712.0705]. 20. G. Sierra, General covariant xp models and the Riemann zeros, J.Phys. A45 (2012) 055209 [arXiv:1110.3203]. 21. J. Molina-Vilaplana, G. Sierra, An xp model on AdS2 spacetime, Nucl.Phys. B877 (2013) 107-123 [arXiv:1212.2436]

De los grupos espontáneos a las comunidades de base. Fe y política en la contestación postconciliar italiana (1965-1969)

El principal objetivo de este artículo es investigar la relación entre la dimensión religiosa y la política de la recepción en Italia del Concilio Vaticano II desde el final de la reunión conciliar hasta la eclosión de Mayo del 68. De un modo más específico, esta contribución aborda el desarrollo de las protestas del mundo católico contra la jerarquía y contra el sistema político, e igualmente, el desarrollo de los grupos espontáneos y su evolución en las comunidades de base.The main goal of the paper is to investigate the relationship between the religious and political dimension in the Italian reception of Vatican II from the end of the Council to the explosion of May 1968. More specifically, the paper deals with the development of the Catholic protest against the Hierarchy and the political system, the development of spontaneous groups and their evolution into the Ecclesial Base Communities

Receptive music interventions improve apathy and depression in elderly patients with dementia

Individuals with dementia and their families often experience poor quality of life due to patient's behavioral and psychological symptoms. Increasing evidence has mounted on the potential role of music in improving social, emotional and cognitive skills. In the present study we aim to investigate whether a receptive music intervention might reduce apathy and depression in elderly patients with Alzheimer's disease (AD) or vascular dementia (VaD) and improve their caregivers' burden. Among patients attending to a Memory Clinic, we have enrolled 48 AD or VaD elderly subjects. They were divided into two groups on the basis of family agreement to musictherapy. The experimental group (n=15) was asked to listen to a 80-minute audio CD, for at least 15 minutes per day, at least once a week, for three months. The overall sample was evaluated at baseline, at week 4 and at week 12 through the Mini Mental State Examination (MMSE), the Cornel- Brown Scale QoL in Dementia (CBSQoLD) and the Apathy Evaluation Scale (AES); caregiver stress was assessed using the Caregiver Burden Inventory (CBI). Apathy and depression were significantly improved among patients treated with music interventions compared to control group (treatment effect =43.667; P<0.001 and treatment effect =61.238; P<0.001 respectively). Caregiver burden was significantly reduced after three months of receptive music approach (treatment effect =15.759; P<0.001). The results of this study are consistent with the efficacy of receptive music interventions on improving apathy and depression in AD or VaD elderly patients and lowering associated caregiver's burden

Biodegradable mulching spray for weed control in the cultivation of containerized ornamental shrubs

Abstract Background Weed control represents a major issue in plant cultivation in containers. Manual weed control is very expensive and the use of chemical herbicide or plastic mulch films has a large environmental impact. The aim of this study was to test the efficacy of an experimental biodegradable chitosan-based mulching spray in controlling weed growth in containers. This research also studied the effect of this mulch on the growth of Viburnum lucidum Mill. plants to test for possible phytotoxic effects. Results The study compared a total of six treatments derived from three types of weed control (no weed control; herbicide, oxadiazon; mulching spray) applied in containers either filled only with the sterile substrate or filled with the sterile substrate and then artificially inoculated with seeds of the weed species [Sonchus asper (L.) Hill subsp. asper and Epilobium montanum L.]. The mulch controlled the weeds effectively for more than 2 months after its application even under severe weed infestation. The mulching spray controlled the emergence of S. asper more efficiently than E. montanum plants, probably because the latter has a stronger capacity to penetrate the mulch film during emergence. Conclusions Three months after its application, the mulch started to degrade and this allowed some weeds to emerge in the containers, but, in general, the mulch performed better than the herbicide. The chitosan-based mulch did not have any negative effective on the growth of V. lucidum plants

The GINGER Project and status of the ring-laser of LNGS

A ring-laser attached to the Earth measures the absolute angular velocity of the Earth summed to the relativistic precessions, de Sitter and Lense-Thirring. GINGER (Gyroscopes IN GEneral Relativity) is a project aiming at measuring the LenseThirring effect with a ground based detector; it is based on an array of ring-lasers. Comparing the Earth angular velocity measured by IERS and the measurement done with the GINGER array, the Lense-Thirring effect can be evaluated. Compared to the existing space experiments, GINGER provides a local measurement, not the averaged value and it is unnecessary to model the gravitational field. It is a proposal, but it is not far from being a reality. In fact the GrossRing G of the Geodesy Observatory of Wettzell has a sensitivity very close to the necessary one. G ofWettzell is part of the IERS system which provides the measure of the Length Of the DAY (LOD); G provides information on the fast component of LOD. In the last few years, a roadmap toward GINGER has been outlined. The experiment G-GranSasso, financed by the INFN Commission II, is developing instrumentations and tests along the roadmap of GINGER. In this short paper the main activities of G-GranSasso and some results will be presented. The first results of GINGERino will be reported, GINGERino is the large ring-laser installed inside LNGS and now in the commissioning phase. Ring-lasers provide as well important informations for geophysics, in particular the rotational seismology, which is an emerging field of science. GINGERino is one of the three experiments of common interest between INFN and INGV

LIPSS Applied to Wide Bandgap Semiconductors and Dielectrics: Assessment and Future Perspectives

With the aim of presenting the processes governing the Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSS), its main theoretical models have been reported. More emphasis is given to those suitable for clarifying the experimental structures observed on the surface of wide bandgap semiconductors (WBS) and dielectric materials. The role played by radiation surface electromagnetic waves as well as Surface Plasmon Polaritons in determining both Low and High Spatial Frequency LIPSS is briefly discussed, together with some experimental evidence. Non-conventional techniques for LIPSS formation are concisely introduced to point out the high technical possibility of enhancing the homogeneity of surface structures as well as tuning the electronic properties driven by point defects induced in WBS. Among these, double- or multiple-fs-pulse irradiations are shown to be suitable for providing further insight into the LIPSS process together with fine control on the formed surface structures. Modifications occurring by LIPSS on surfaces of WBS and dielectrics display high potentialities for their cross-cutting technological features and wide applications in which the main surface and electronic properties can be engineered. By these assessments, the employment of such nanostructured materials in innovative devices could be envisaged

New CXCR4 Antagonist Peptide R (Pep R) Improves Standard Therapy in Colorectal Cancer

he chemokine receptor CXCR4 is overexpressed and functional in colorectal cancer. To investigate the role of CXCR4 antagonism in potentiating colon cancer standard therapy, the new peptide CXCR4 antagonist Peptide R (Pep R) was employed. Human colon cancer HCT116 xenograft-bearing mice were treated with chemotherapeutic agents (CT) 5-Fluorouracil (5FU) and oxaliplatin (OX) or 5FU and radio chemotherapy (RT-CT) in the presence of Pep R. After two weeks, CT plus Pep R reduced by 4-fold the relative tumor volume (RTV) as compared to 2- and 1.6-fold reductions induced, respectively, by CT and Pep R. In vitro Pep R addition to CT/RT-CT impaired HCT116 cell growth and further reduced HCT116 and HT29 clonal capability. Thus, the hypothesis that Pep R could target the epithelial mesenchyme transition (EMT) process was evaluated. While CT decreased ECAD and increased ZEB-1 and CD90 expression, the addition of Pep R restored the pretreatment expression. In HCT116 and HT29 cells, CT/RT-CT induced a population of CD133+CXCR4+ cells, supposedly a stem-resistant cancer cell population, while Pep R reduced it. Taken together, the results showed that targeting CXCR4 ameliorates the effect of treatment in colon cancer through inhibition of cell growth and reversal of EMT treatment-induced markers, supporting further clinical studies