Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T17:47:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlejoMartinez_Harley_M.pdf: 11932489 bytes, checksum: f245a8fe554158b8ad494f6d80441a06 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta dissertação tem como objetivo apresentar um estudo crítico dos condensados atômicos de Bose-Einstein (BEC). Tomando como ponto de partida a física do gás livre, estudamos o efeito de potenciais fracamente confinantes. Dois casos foram estudados em detalhe: i) um gás atômico em um poço de potencial quadrado finito com poucos estados ligados; e ii) um sistema confinado em duas dimensões por um potencial oscilador harmônico isotrópico, sendo fracamente confinado na terceira dimensão. Para o primeiro exemplo, estudamos as propriedades termodinâmicas, comparândo-as com a transição de fase do gás livre, Interações entre bósons são introduzidas segundo a teoria de Bogoliubov para tratar interações elásticas de dois corpos. Dentro da aproximação de campo médio, as propriedades do condensado são descritas por uma função de onda macroscópica, que satisfaz a equação de Gross-Pitaevskii (GP). Analisamos os efeitos de comprimentos de espalhamento de onda 5, atrativos e negativos, para BEC aprisionados no poço de potencial finito, onde o sistema suporta excitações quânticas coerentes não-lineares. Soluções numéricas, para a equação GP independente do tempo, foram encontradas para a função de onda do estado condensado a temperatura zero, bem como para as suas excitações elementares não lineares. Para analisar os resultados, usamos valores realistas de parâmetros para os gases atômicos atualmente estudados experimentalmente. Para o segundo caso mencionado acima, desenvolvemos um programa destinado ao estudo de não-linearidades mais gerais. A física não é restrita só ao BEC, alguns sistemas de interesse são modelados por famílias de equações de Schrõdinger não-lineares, sendo a equação GP um caso particular. Para um potencial harmônico, apesar da não-linearidade, uma vez que uma solução é conhecida, muitas outras soluções podem ser construídas por uma translação espacial do centro do pacote de onda. O método é testado analiticamente no limite da equação de Schrõdinger linear com um potencial de oscilador harmônico em duas dimensões. As soluções são obtidas através de uma superposição de soluções estacionárias construídas por deslocamentos espaciais de uma solução exata. O método pode ser estendido para o regime de não-linearidades fracas, e tem uma aplicação direta na geração de estados vórtice em BEC / Abstract: A critical study of atomic Bose-Einstein condensates (BECs) is presented. Taking as a starting point the physics of the free gas, we study the effect of weakly confining potentials. Two cases were studied in detail: i) an atomic gas in a finite square well potential with a few bound states; and ii) a system confined in two-dimensions by an isotropic harmonic oscillator potential, while being weakly confined in the third dimension. For the first example, we study the thermodynamic properties, comparing with the phase transition of the free gas. Interactions between bosons are introduced following Bogoliubov' s approach to treat two-body elastic interactions. Within the mean field approximation, the properties of the condensate are described by a macroscopic wave function, which satisfies the Gross-Pitaevskii equation (GPE). We analyze the effects of both, positive and negative s-wave scattering lengths for BEC trapped in a finite well, where the system supports quantum nonlinear coherent excitations. Numerical solutions for the time-independent GPE have been found for the condensate wave function at zero temperature, as well as for its nonlinear elementary excitations. To analyze the results, we use realistic values of pararneters for atomic gases currently been studied experimentally. For the second case mentioned above, we develop a program aimed at the study of more general nonlinearities. The physics is not restricted only to BEC, and the systems of interest are modeled by families of non-linear Schödinger equations, being the GPE a particular case. For the harmonic potential, in spite of the nonlinearities, once a solution is known, many other solutions can be constructed by spatial translations of the center of the wave packet. The method is probed analytically in the limit of the linear Schödinger. equation with a harmonic oscillator potential in two dimensions. Solutions are obtained through a superposition of stationary solutions built fIam spatial displacements of an exact solution. The method can be extended to the regime of weak nonlinearities, and has a direct application in generating vortex states in BEC / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Marcos Cesar de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T23:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_BrunoRequiaoda_M.pdf: 982455 bytes, checksum: 6b90a96795f82ed70b0616d6c5af1800 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Óptica atômica e em particular a física de ondas de matéria ultrafrias tiveram um grande desenvolvimento teórico e experimental em muito devido à realização experimental da condensação de Bose-Einstein em vapores atômicos. A gama de interesse nesses sistemas é muito ampla já que eles proporcionam reais aplicações práticas de assuntos inovadores em física fundamental de sistemas de muitos corpos com parâmetros altamente controláveis e até mesmo na implementação de computação quântica, teleporte e lasers atômicos. Com efeito, demonstramos numa formulação completamente quântica que a colisão cruzada entre átomos aprisionados num potencial de poço duplo pode aumentar significativamente a taxa de tunelamento atômico em configurações específicas da armadilha, levando a um regime de oscilação Rabi da população dos poços do potencial. Ainda, mostramos que os fenômenos de colapso e ressurgimento do condensado são suprimidos devido à competição entre autocolisão e colisão cruzada intermediada pelo tunelamento. Um aspecto da condensação de Bose-Einstein que tem atraído muita discussão teórica é a idéia de fase. Nesse sentido, o modelo de poço duplo aqui discutido pode resultar em condições ideais para esquemas de detecção homódina atômica de fase. Propomos uma técnica de medição não destrutiva para monitorar oscilações do tipo Josephson entre dois condensados de Bose-Einstein de átomos neutros espacialmente separados. Um condensado é disposto em uma cavidade óptica, fortemente dirigida por um campo coerente. O sinal de saída é monitorado lançando-se mão de um esquema de detecção homódina balanceada. O campo da cavidade é escolhido de forma que esteja muito fora de sintonia com quaisquer transições atômicas. Assim, esse campo ganha uma fase proporcional ao número de átomos na cavidade devido à interação dispersiva entre os campos atômico e fotônico. A corrente detectada é então modulada pela corrente de oscilação devida ao tunelamento dos modos condensados. De fato, mesmo quando ambos os poços estão igualmente populados, uma fase é estabelecida pelo processo de medição e oscilações do tipo Josephson acabam ocorrendo. Nesse contexto, mostramos que a presença de colisão cruzada aprimora as condições necessárias para se adquirir informações sobre a fase quântica relativa de um condensado de Bose-Einstein num potencial de poço duplo / Abstract: Recently, atom optics and the physics of ultracold matter waves have witnessed rapid theoretical and experimental progress due to the achievement of atomic vapor Bose-Einstein condensation (BEC). The interest in such systems is quite wide ranged since it opens new applicative frontiers such as investigations on fundamental many-body physics in model systems with highly controllable parameters and even quantum computation, teleportation and atom-lasers besides several other ground breaking subjects. Henceforth, we demonstrate in an exact quantum formulation that cross-collisions between atoms trapped in a double well can significantly increase the atom tunnelling rate for special trap configurations leading to an effective linear Rabi regime of population oscillation between the trap wells. Typical collapse and revival of the condensate are suppressed as well as due to cross- and self-collision competition intermediated by tunnelling. One aspect of BECs that has attracted much theoretical work is the idea of phase. In this sense if we face this double-well BEC model as a temporal atomic beam splitter it may result in optimal conditions for homodyne atomic detection schemes. A nondestructive measurement technique to monitor Josephson-like oscillations between two spatially separated neutral atom Bose-Einstein condensates is investigated. One condensate is placed in an optical cavity, which is strongly driven by a coherent optical field. The cavity output field is monitored using a homodyne detection scheme. The cavity field is well detuned from any atomic resonance and experiences a dispersive phase shift proportional to the number of atoms in the cavity. The detected current is modulated by the coherent tunnelling oscillations of the condensate. Even when there is an equal number of atoms in each well initially, a phase is established by the measurement process and Josephson-like oscillations develop. Hence we show that the presence of cross-collisions enhances the possibility of acquiring information about the relative quantum phase of a double-well Bose-Einstein condensate / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1661.pdf: 2213474 bytes, checksum: 80beeb60d2c70b17d119a61fbf3e9210 (MD5) Previous issue date: 2006-03-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work we consider an of - resonant interaction between optical fields and a Bose - Einstein condensation. We used a continuous photo detection model to study the efects of the counting of k photons of the optical field upon the properties of the atoms in the condensate. We have obtained the density operator of the interacting system conditioned to count k photons and one relation between the moments of the distribution of photons and the moments of the distribution of atoms. We analyze the efects of the photo counting in two specific cases: in the first case, we analyze the efects of the photo counting upon the state of a pure condensate at zero temperature and in the second case, upon the tunneling dynamics of a pure condensate at zero temperature confined in an double well potential like. / Neste trabalho consideramos a interação não ressonante entre campos ópticos e condensados de Bose-Einstein. Utilizamos um modelo de fotodetecção contínua para estudar os efeitos da contagem de k fótons do campo óptico sobre as propriedades dos átomos do condensado. Obtivemos o operador densidade do sistema interagente condicionado a contagem de k fótons e uma relação entre os momentos da distribuição de fótons e os momentos da distribuição de átomos. Analisamos os efeitos da fotocontagem sobre os átomos em dois casos específicos: no primeiro caso, analisamos os efeitos da fotocontagem sobre o estado de um condensado puro a temperatura zero e no segundo caso, sobre a dinâmica de tunelamento de um condensado puro a temperatura zero confinado num duplo poço de potencial.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissVVF.pdf: 1319108 bytes, checksum: 12713663115477f3e46216f4931e1917 (MD5) Previous issue date: 2005-03-10 / In this work we consider a trapped Bose-Einstein Condensate interacting simultaneously with a high quality cavity quantized field and a classical undepleted laser field. Collisions between atoms are taken into account by a delta type contact potential. A linearized model is obtained which take into account simultaneous amplification of atomic and optical fields. We analyse the effects of atomic collisions on the system stability and statistical properties. Also is done a study of the degree of entanglement between atomic and optical fields. / Neste trabalho nós consideramos um Condensado de Bose-Einstein em uma armadilha interagindo simultaneamente com o campo quantizado de uma cavidade de alto fator de qualidade e com o campo de um laser tratado classicamente e suposto de intensidade fixa. Colisões entre átomos são incluídas por meio de um potencial de contato tipo delta. É obtido um modelo linearizado que inclui amplificação simultânea dos campos óptico e atômico. Nós analisamos os efeitos das colisões atômicas sobre a estabilidade e as propriedades estatísticas do sistema. Também é realizado um estudo do grau de emaranhamento entre os campos óptico e atômico.

Orientador: Kyoko Furuya / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:08:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Viscondi_ThiagodeFreitas_M.pdf: 15446195 bytes, checksum: d4e6bd6c75ebc928ffe531009f94d745 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Examinamos vários aspectos do modelo de um condensado de Bose-Einstein aprisionado em um potencial de três poços simetricamente dispostos, incluindo os efeitos geralmente negligenciados de interação entre partículas em modos locais distintos, que conhecemos como colisões cruzadas. Por intermédio de uma extensão do formalismo de pseudo-spins de Schwinger, aproveitamos a estrutura algébrica natural do sistema, de forma a construir o análogo clássico do modelo utilizando os estados coerentes próprios das representações totalmente simétricas do grupo SU(3). Empregando esta aproximação semiclássica, estudamos os diferentes regimes dinâmicos populacionais presentes no sistema, que podem ser divididos em três grandes conjuntos, os quais denominamos como dinâmicas de condensados gêmeos, poço vazio e vórtice. Estes regimes estão relacionados ao comportamento dos pontos de equilíbrio do modelo, que apresentam bifurcações e alterações de estabilidade, ferramentas essenciais à compreensão dos fenômenos não lineares de tunelamento do condensado. A dinâmica de condensados gêmeos representa um subregime integrável do sistema, onde observamos a supressão do tunelamento bosônico, conhecida como auto-aprisionamento macroscópico. Os estados de vórtice são responsáveis por configurações de rotação do condensado na armadilha, ao passo que os estados de poço vazio exibem desocupação persistente em um dos modos locais. Todos os resultados análogos clássicos são comparados a cálculos quânticos exatos, no intuito de observar as origens da quebra de correspondência clássico-quântica, que quantificamos com uma medida de emaranhamento multipartite, conhecida como pureza generalizada. Também consideramos a transição de fase quântica presente no modelo para interações bosônicas atrativas, a qual associamos a uma mudança da dinâmica populacional do sistema, observada como uma fragmentação das representações do estado fundamental sobre o espaço de fase / Abstract: We examined several aspects of a Bose-Einstein condensate trapped in a symmetrically arranged triple-well potential, including the effects of the generally neglected interaction between particles in different local modes, known as cross-collisions. By means of an extension of the Schwinger¿s pseudospins formalism, we take advantage of the system¿s algebraic structure in order to obtain the classical analogue of the model, by using the coherent states of the fully symmetric representations of the SU(3) group. Employing this semiclassical approximation, we studied the different dynamical regimes of the system, which can be divided into three large groups, which we call as twin-condensate, single depleted well and vortex dynamics. These dynamical regimes are related to the behavior of the fixed points of the model, which exhibit bifurcations and changes of stability, essential tools to the understanding of the nonlinear tunneling phenomena. The twin-condensate dynamics is an integrable subregime of the system, where we observe the suppression of bosonic tunneling, known as macroscopic self-trapping. The vortex states are responsible for the rotational configurations of the condensate in the trap, while the single well depleted states exhibit one persistent vacant local mode. All the classical analogue results are compared to exact quantum calculations, in order to observe the origins of the broken quantum-classical correspondence, which we quantified with a measure of multipartite entanglement, known as generalized purity. We also consider the quantum phase transition for attractive bosonic interactions, which we connect to a change in population dynamics of the system, observed as the phase space fragmentation of the ground state representations / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Silvio Antonio Sachetto Vitiello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:38:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedroso_VitorZampronio_M.pdf: 1351334 bytes, checksum: 9c35568e525b0eca7e7eb168eb22baa4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho estudamos a condensação Bose-Einstein em sistemas formados por átomos de 4He. Para tanto, introduzimos uma nova função de onda sombra que permite o cálculo da fração de condensado do sistema a T = 0 K diretamente das configurações geradas no cálculo da energia variacional. A função proposta é construída através da integração sobre um conjunto de variáveis auxiliares que interagem com todos os átomos do sistema. Esta função é translacionalmente invariante mesmo na fase sólida e satisfaz a estatística de Bose-Einstein. Utilizando essa nova função de onda concluímos que aproximadamente 4% dos átomos estão no estado de menor energia e o sistema apresenta ordem de longo alcance fora da diagonal. Resultados de energia variacional e função de distribuição radial de pares também são apresentados. As integrais de configuração espaciais foram realizadas utilizando o método de Monte Carlo / Abstract: We study the Bose-Einstein condensation in systems formed by 4He atoms. To this end, we introduce a new shadow wave function that enables the calculation of the condensate fraction of the system at T = 0 K directly from the configurations generated in the calculation of the variational energy. The proposed function is constructed by an integration over a set of auxiliary variables that interact with all the atoms of the system. This function is translationally invariant even in the solid phase and satisfies the Bose- Einstein statistics. Using this new wave function we conclude that approximately 4% of the atoms are in the lowest energy state and the system displays off-diagonal long ranged order. Results from variational energy and pair distribution function are also presented. The configuration integrations were performed using the Monte Carlo method / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Roberto Luzzi, Áurea Rosas Vasconcellos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-10-31T13:25:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vannucchi_FabioStucchi_D.pdf: 4583166 bytes, checksum: 8617f375a632ae1e33b0c986862ea535 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma teoria sobre a termodinâmica de não-equilíbrio de mágnons excitados por fonte externa e em contato com um banho térmico. A teoria é aplicada ao recém observado acúmulo de mágnons nos estados de mínima freqüência em experimentos com filmes finos magnetizados de granada de ferro-ítrio afastados do equilíbrio via fonte de radiação de microondas. Seguindo um formalismo de ensembles estatísticos de não-equilíbrio, a partir do hamiltoniano do sistema magnético são obtidas as equações de evolução para as variáveis termodinâ­micas. Entre estas equações, as que descrevem a evolução das populações médias de mágnons são estudadas em detalhe e atenção especial é dada às contribuições não- lineares. Mostra-se que, por um lado, o termo não-linear proveniente da interação do sistema magnético com a rede cristalina transfere energia das populações dos modos de alta freqüência para os de baixa, gerando um acúmulo nos modos de mínima fre­qüência - o Efeito Fröhlich. Por outro lado, a interação mágnon-mágnon origina uma contribuição à evolução das populações que tende a termalizar o sistema em termos de uma temperatura de não-equilíbrio. É ainda utilizada uma ¿modelagem de dois flui­dos¿, em que as equações cinéticas das populações de mágnons associadas a todos os modos são contraídas em apenas duas, que representa os modos de mínima freqüência e aqueles alimentados. Esta modelagem permite estudar quantitativamente a evolução temporal do sistema via integração numérica. Constata-se que, para um determinado intervalo de taxas de alimentação, forma-se o condensado devido ao Efeito Fröhlich. Para valores mais altos da potência da fonte de alimentação, a contribuição devido à interação entre mágnons torna-se dominante e a formação do condensado é inibida. Por fim, os diversos processos de relaxação do condensado para o equilíbrio são investigados em função do valor da fonte externa do sistema / Abstract: The purpose of this work is to develop a nonequilibrium thermodynamic theory on rnagnons excited by an external pumping source embedded in a thermal bath. This the­ory is applied to the recently observed experiments with magnetic thin films of yttrium iron garnet driven out of equilibrium through microwave radiation pumping. Resorting to a Non-Equilibrium Statistical Ensemble Formalism, the evolution equations for the magnon populations are obtained and studied. The nonlinear contribution arising out of the spin-lattice interaction transfers the energy in excess of equilibrium from the pumped frequency modes to the lower frequency ones, and, in a cascade down process, occurs a large grow in the magnon populations of the lowest in frequency modes - a phenomenon we call Frohlich Effect. In opposition to this contribution, there is anot her one, generated by the magnon-magnon interaction, that tends to lead the system to a state of internal nonequilibrium thermalization. We introduce a modeling consisting in a kind of ¿two-fluid model", in which the kinetic equations for the magnon populations are contracted in only two, representing the modes lowest in frequency and the ones that are pumped by the external source. A quantitative study is performed through numerical integration of the two related evolution equations. The emergence of the condensate, due to the Frohlich Effect, is evidenced for a range of source power. For higher feeding taxes, the contribution originated by the magnon-magnon interaction becomes dominant and the emergence of the condensate is inhibited. Finally, the sev­eral relaxation processes in the condensate leading to equilibrium are analyzed in terms of the source power / Doutorado / Física Estatistica e Termodinamica / Doutor em Ciências