Terrestrial Gamma ray Flashes (TGFs) have been known since 20 years ago, but since the first moment of the discovery it was clear that they were related to lightning and thunderstorms. The latest studies revealed that TGFs could be produced during the first stages of the lightning within thunderclouds by a process which is very similar to the X-ray emissions from natural lightning observed from ground or discharges in high voltage laboratory. The study of such phenomena will help to extend and complete the knowledge about lightning and electrical discharges. This study compares geographic, monthly and diurnal cycle global distributions of TGFs and lightning. A fourth region with enhanced production of TGFs has been identified apart from the other three regions previously identified. This analysis further investigates the relation between TGFs, lightning activity and thunderstorms. Moreover, we have seen that the TGF/lightning ratio is different in each region which could be explained by meteorological differences between regions and not by differences in regional lightning detection efficiency. For the first time, meteorological conditions and lightning activity have been compared among situations where a satellite with capability to detect TGFs did or did not detect them. The objective is to identify the best atmospheric conditions for TGF production. We have established that electrification processes associated with strong updrafts and high CAPE values are important to create the best atmospheric conditions that favours TGF generation. In the second part of the study we defined criteria for the TGF/lightning correlation in time. Using these criteria we have identified 90 correlations in South America. Depending on the time difference between TGF and lightning the correlations have been grouped into different categories. For each category the relation between TGF and lightning was justified based on examples of upward propagation of negative leaders detected by a VHF lightning mapping network, consistent with the currently most accepted production theories. We were able to identify associated thunderstorms in 32 of 90 correlation cases. We have analysed the thunderstorm development stage at the moment of TGF production, the vertical extent and areal extent. It was found that analysed thunderstorms shows preferences for TGF production during developing or mature stages and great vertical extension what agrees with situations with strong updrafts and high CAPE values determined in the first part of the study. The last part presents an analysis of the association between X-ray events and lightning registered at the Eagle Nest Tower in the Pyrenees. We have determined that downward negative lightning seems to be the only candidate for x-ray emissions. The theories that support this hypothesis could also explain TGF production, specifically, as in examples of upward negative leaders shown in the previous section. We have also studied whether the high energy background radiation increased in association with thunderstorm electrification. However, in the cases analysed this increase has been associated with radon-ion daughters. / Las emisiones de rayos gamma terrestres (TGFs) se conocen desde hace apenas 20 años, pero desde el primer momento se vio claramente su relación con los rayos y tormentas. Los últimos estudios revelan que se podrían producir durante las primeras fases de los rayos en el interior de las nubes por un proceso que sería muy similar a la emisión de rayos X por rayos naturales observados desde suelo o por descargas en el laboratorio de alta tensión. El estudio de estos fenómenos ayudará a ampliar y completar los conocimientos sobre el fenómeno del rayo y de las descargas eléctricas. En primer lugar se han comparado las distribuciones globales geográficas, mensuales y el ciclo diurno de TGFs y rayos. Se ha identificado una cuarta región de producción de TGFs a parte de las tres ya identificadas previamente. Con este análisis se ha contribuido principalmente a la confirmación de las correlaciones de los TGFs con la actividad de rayos y tormentas. Además, se ha visto que las ratios de TGF/rayo varían en las distintas regiones con lo que es probable que se pueda explicar por las diferencias meteorológicas entre ellas y no por diferencias regionales en la eficiencia de detección de rayos. Por primera vez se han analizado las condiciones meteorológicas y actividad de rayos en aquellas situaciones en que un satélite con capacidad para detectar TGFs no los detectaba y se han comparado con aquellas situaciones en que si se detectaron. El objetivo es el de distinguir las mejores condiciones atmosféricas para su producción. Se ha determinado que los procesos de electrificación asociados a fuertes corrientes ascendentes y altos valores de CAPE son importantes para crear las mejores condiciones atmosféricas que favorecen la generación de TGFs. En la segunda parte se definido un criterio para la correlación temporal entre rayos y TGFs. Con este criterio se han identificado un total de 90 correlaciones en Sudamérica. En función de la diferencia temporal entre el rayo y el TGF se han agrupado en distintas categorías. Para cada una de ellas se ha intentado justificar la relación entre el TGF y el rayo en base a ejemplos de rayos detectados por una red VHF y a las teorías de producción más aceptadas hasta la fecha. De 32 de estos casos de correlación se ha podido identificar y analizar la tormenta asociada. Se ha analizado la fase de desarrollo de la tormenta en el momento de la producción del TGF, la extensión vertical y la extensión horizontal. Se ha visto que las tormentas analizadas muestran una preferencia para la producción de TGFs en las fases de desarrollo o madurez y de gran extensión vertical que concuerda con situaciones de fuertes corrientes ascendentes y altos valores de CAPE determinados en el estudio previo. En la última parte se ha analizado eventos registrados en la torre instrumentalizada del Nido del Águila en los Pirineos. Estos eventos corresponden a rayos naturales y radiación X. Se ha determinado que los líderes negativos parecen ser los únicos candidatos para la emisión de rayos X. Las teorías que soportan esta hipótesis podrías explicar la producción de TGFs y, en concreto, los casos reportados en el estudio anterior. Se ha estudiado también si el aumento de la radiación de fondo de alta energía está asociado a la posible electrificación de las tormentas. En el caso analizado se ha asociado este aumento con los descendientes radiactivos de la cadena de desintegración del radón

The present thesis studies a variety of cold atomic systems in artificial gauge fields. In the first part we focus on fractional quantum Hall effects, asking whether interesting topological states can be realized with cold atoms. We start by making a close connection to solid-state systems and first consider fermionic atoms with dipolar interactions. Assuming the system to be in the Laughlin state, we evaluate the energy gap in the thermodynamic limit as a measure for the robustness of the state. We show that it can be increased by additionally applying a non-Abelian gauge field squeezing the Landau levels. We then switch to bosonic systems with repulsive contact interactions. Artificial magnetic fields for cold bosons have extensively been discussed before in the context of rotating Bose gases. We follow a different approach where the gauge field is due to an atom-laser coupling. Thus, transitions between different dressed states have to be included. They are shown to break the cylindrical symmetry of the system. Modifying the Laughlin state and the Moore-Read state accordingly, we determine the parameter regimes where they are good representations for the ground state of the system obtained via exact diagonalization. One of the most interesting feature of fractional quantum Hall states is the anyonic behavior of their excitations. We therefore also study quasiholes in the Laughlin state and the modified Laughlin state. They are shown to posses anyonic properties, which become manifest even in small systems. Moreover, the dynamics of a single quasihole causes visible traces in the density of the system which allow to clearly distinguish the Laughlin regime from less correlated phases. In the latter, a sequence of collapses and revivals of the quasihole can be observed, which is absent in the Laughlin regime. Extending our study to bosonic systems with a pesudospin-1/2 degree of freedom, we discuss the formation of strongly correlated spin singlets. Strikingly, at filling v=4/3, the system is described by a state with non-Abelian excitations, which is constructed as the zero-energy ground state of repulsive three-body contact interactions. Systems with internal degrees of freedom also allow for implementing artificial spin-orbit coupling. It is shown to give rise to a variety of incompressible states. In the second part of the thesis, we concentrate on condensed system. Bose-Einstein condensates with spin-orbit coupling are shown to have a degeneracy on the mean-field level, which is lifted by quantum and thermal fluctuations. The system becomes experimentally feasible in three dimensions, where the condensate depletion remains finite, and thus allow for an experimental observation of this order-by-disorder mechanism. Finally, we study the influence of Abelian and non-Abelian gauge fields on the quantum phase transitions of bosons in a square optical lattice. Re-entrant superfluid phases and superfluids at finite momenta are interesting properties featured by such systems.

S'ha realitzat un estudi sobre els mecanismes de formació de micropartícules polimèriques i les seves pel•lícules granulars, a partir de l'assecat de microgotes de electrosprays. L'estudi se centra en diferents solucions de tres polímers insolubles en aigua: polimetil(metacrilat), poliestirè, i etil cel•lulosa. L'assecat d'aquests electrosprays dóna lloc a diverses morfologies de partícula, que han estat determinades mitjançant microscòpia d'escombrat electrònic, i han estat caracteritzades en funció del solvent, concentració del polímer, el seu pes molecular, i la humitat relativa ambient. Les morfologies obtingudes inclouen una varietat d'estructures de partícula globulars i filamentoses, que, a humitat relativa elevada, poden desenvolupar porositat. Aquestes característiques morfològiques han estat explicades mitjançant models qualitatius que involucren fenòmens fluid dinàmics i sobre separació de fases, presents en sistemes relacionats amb els estudiats. Un dels fenòmens fluid dinàmics involucrats clau són les inestabilitats coulòmbiques de gotes elèctricament carregades. A més, la interacció de no solvent de l'aigua en la precipitació del polímer pot donar lloc a textures poroses sobre la superfície de les partícules. Les diferents formes de textura han estat explicades en referència als fenòmens de breath figure formation (BFF), i a la inversió de fases induïda per vapor (vapor induced phase separation, o VIPS). També hem estudiat el creixement de les pel•lícules granulars formades a partir de les partícules polimèriques. Demostrem que la càrrega elèctrica transportada per les partícules cap a la pel•lícula influeix fortament en la dinàmica de creixement d’aquesta. Un millor coneixement dels mecanismes estudiats en aquesta tesi hauria de permetre dissenyar nous processos de manufactura de partícules i recobriments basats en electrospray. Se ha realizado un estudio sobre los mecanismos de formación de micropartículas poliméricas y sus películas granulares, a partir del secado de microgotas de electropras. El estudio se centra en diferentes soluciones de tres polímeros insolubles en agua: polimetil(metacrilato), poliestireno, y etil celulosa. El secado de estos electrosprays da lugar a diversas morfologías de partícula, que han sido determinadas mediante microscopía de barrido electrónico, y han sido car / Se ha realizado un estudio sobre los mecanismos de formación de micropartículas poliméricas y sus películas granulares, a partir del secado de microgotas de electropras. El estudio se centra en diferentes soluciones de tres polímeros insolubles en agua: polimetil(metacrilato), poliestireno, y etil celulosa. El secado de estos electrosprays da lugar a diversas morfologías de partícula, que han sido determinadas mediante microscopía de barrido electrónico, y han sido caracterizadas en función del solvente, concentración del polímero, su peso molecular, y la humedad relativa ambiente. Las morfologías obtenidas incluyen una variedad de estructuras de partícula globulares y filamentosas, que, a humedad relativa elevada, pueden desarrollar porosidad. Estas características morfológicas han sido explicadas mediante modelos cualitativos que involucran fenómenos fluido dinámicos y sobre separación de fases, presentes en sistemas relacionados con los estudiados. Uno de los fenómenos fluido dinámicos involucrados clave son las inestabilidades coulómbicas de gotas eléctricamente cargadas. Además, la interacción de no solvente del agua en la precipitación del polímero puede dar lugar a texturas porosas sobre la superficie de las partículas. Los diferentes tipos de texturas han sido explicadas en referencia a los fenómenos de breath figure formation (BFF), y a inversión de fases inducida por vapor (vapor induced phase separation, o VIPS). También hemos estudiado el crecimiento de las películas granulares formadas a partir de las partículas poliméricas. Demostramos que la carga eléctrica transportada por las partículas hacia la película influye fuertemente en la dinámica de crecimiento de ésta. Un mejor conocimiento de los mecanismos estudiados en esta tesis debería permitir diseñar nuevos procesos de manufactura de partículas y recubrimientos basados en electrospray. / A study has been made of the mechanisms underlying the formation of polymeric microparticles and of their granular films, by drying of electrospray microdroplets. The study is focused on different solutions of three water-insoluble polymers: polymethyl(methacrylate), polystyrene, and ethyl cellulose. The drying of such electrosprays result in diverse particle morphologies, which have been determined by scanning electron microscopy, and have been characterized as a function of the solvent, polymer concentration, polymer molecular weight, and ambient relative humidity. The morphologies obtained include a variety of globular and filamented particle structures, which, at elevated relative humidity, can develop porosity. These morphological features have been explained using qualitative models involving fluid dynamic and phase separation phenomena which are known to occur in closely related systems. One of the key fluid dynamic phenomena involved is the coulombic instability of electrically charged droplets. In addition, the non-solvent interaction of water on the precipitation of the polymer can lead to porous textures on the particles surfaces. The different kinds of textures have been explained by reference to breath-figure formation (BFF) and vapor induced phase separation (VIPS) phenomena. We have also studied the growth of the granular films of such polymer particles. We show that the electrical charge transported by the particles to the film have a strong influence on the film growth dynamics. The better understanding of the mechanisms studied in this thesis, should help design new manufacturing processes of particles and coatings based on electrospray.