Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-24T18:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266969.pdf: 26600994 bytes, checksum: 8dffc317975a25dd4cc0d78fda8738f2 (MD5) / Revisamos brevemente o fenômeno da condensação de Bose-Einstein em poços simples e duplos e a utilização da aproximação de dois modos para descrever os condensados duplos espaciais. Usando a aproximação de dois modos para descrever o duplo condensado espacial encontramos a hamiltoniana semi-clássica que descreve o sistema seguindo dois caminhos distintos de obtenção da descrição semi-clássica, campo médio e segunda quantização, e notamos a consistência entre os resultados encontrados. Analisamos detalhadamente o comportamento da superfície hamiltoniana semi-clássica ao serem variados, independentemente, as magnitudes de cada um dos três parâmetros nela presentes. Notamos que o forçamento periódico do parâmetro de tunelamento de um corpo da hamiltoniana por um tempo determinado possibilita modificar de modo controlado o regime dinâmico em que o sistema se encontra. Isso abre as portas para o controle de população em cada um dos poços de uma armadilha de duplo poço. Finalmente, em uma analogia com um pêndulo de pivô verticalmente forçado, apresentamos a hamiltoniana média resultante do forçamento periódico a altas freqüências do termo de tunelamento de um corpo, resultado este válido somente para os regimes dinâmicos em que a diferença de população é muito pequena.

Ce manuscrit présente les travaux que j'ai effectués au Laboratoire de Physique Théorique durant ma thèse. Ils portent sur l'interaction d'ondes de matière avec des réseaux optiques modulables en temps et en espace. L'utilisation de ces réseaux a permis de contrôler de manière cohérente les propriétés dynamiques d'un gaz d 'atomes ultra-froids. Cette étude théorique a été réalisée en collaboration avec le groupe Atomes Froids du Laboratoire LCAR. Les variations spatiales de l'enveloppe d u réseau créent, localement, des gaps spatiaux créant une cavité de Bragg pour onde de matière, dont nous avons étudié en détail les propriétés et qui a fait l'objet d'une réalisation expérimentale impliquant la propagation d'un condensat de Bose-Einstein de rubidium 85 dans un guide d'onde. Nous avons également étudié la propagation d'un nuage d 'atomes dans un réseau bichromatique qui permet de réaliser un simulateur quantique du modèle de Harper. Le spectre du hamiltonien de ce système a une dimension fractale pouvant être caractérisée nu­ mériquement. Nous avons montré, par ailleurs, qu'il est possible d'exploiter les interactions inter-atomiques répulsives d'un condensat de Bose-Einstein afin d'amplifier les corrélations position-vitesse lors de sa pro­ pagation dans un guide. Notre étude montre qu'une mesure des grandeurs dynamiques locales du nuage atomique permet de sonder expérimentalement les résonances d'un potentiel optique jusqu'à l'échelle du picoKelvin. Enfin, un nuage d'atomes en interaction attractive admet une solution d'équilibre : le soliton. Nous avons démontré, numériquement, que celui-ci peut être utilisé pour sonder des états liés d'un poten­ tiel de taille finie, en peuplant ces états lors d'une expérience de diffusion comme, par exemple, des états de surface. / This thesis presents the studies that I did at the Laboratoire de Physique Théorique. It concerns the interaction between matter waves and time and space depandant optical lattices. Using such lattices allows one to manipulate coherently the dynamical properties of ultra cold atoms. This theoretical study has been done in collaboration with the Cold Atoms group at the LCAR laboratory. The spatial variations of the lattice envelope locally create spatial gaps which create a Bragg cavity for matter waves. We have st udied in detail their properties and the cavity has been realized experimentally by using a Ru bid ium 85 Bose-Einstein condensate in a wave guide. We have also studied the propagation of an atomic cloud in a bichromatic optical lattice which allows us to make a quantum simulator of the Harper madel. The spectrum of the system Hamiltonian· posseses a fractal dimension which can be numerically characterized. We have also shawn that it is possible to use the repulsive interatomic interaction of a Bose-Einstein condensate in arder to amplify the momentum-position correlation during propagation in a guide. Our st udy shows that a mesure of local dynamical quantities of the atomic cloud enables one to experimentally probe resonances of an optical potential down to the picoKelvin scale. At last, an atomic cloud with attractive interactions admit a stable solution, the soliton. We have numerically demonstrated that this soliton can be used to probe bound states of a potential by populating those states through a scattering experiment, for example surface states.

Orientador: Aurea Rosas Vasconcelos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-18T12:14:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_MarcusViniciusMesquitade_M.pdf: 1503121 bytes, checksum: 3e08d6c1cad08966e0622671bd1e244c (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Consideramos a evolução e o estado estacionário da população de modos polares de vibração em uma cadeia de biomoléculas. Esses modos polares são excitados através do acoplamento com uma fonte de energia metabólica e interagem anarmonicamente com um contínuo elástico. Grupos de modos polares são acoplados desse modo via termos não-lineares nas equações cinéticas, que admitem solução numérica. Demonstra-se que essa não-Iinearidade é a fonte de um fenômeno novo e inesperado nessa espécie de sistema: após um certo limite de intensidade da fonte alimentadora, faixas de modos polares correspondentes aos de freqüências mais baixas têm sua população grandemente amplificada de uma maneira similar a uma condensação de Bose-Einstein. O tempo de transiente para o estado estacionário condensar é muito curto (da ordem de picosegundos), ocorrendo mesmo para valores pequenos do fator de acoplamento anarmônico responsável pelo seu surgimento e requerendo baixos níveis de energia metabólica. Comentamos possíveis conseqüências biofísicas importantes / Abstract: We consider the nonequilibrium and dissipative evolution and steady state of the population of vibrational polar modes in a chain of biomolecules. These polar modes are excited through the coupling with a metabolic pumping source and are in anharmonic interaction with an elastic continuum. Groups of polar modes are coupled in this way through nonlinear terms in the kinetic equations, which admit numerical solution. This nonlinearity is shown to be the source of a new and unexpected phenomenon characterizing complex behaviour in this kind of systems: after a threshold of intensity of the pumping source is achieved, bundles of polar modes corresponding to those with the lowest frequencies increase enormously their population in a way reminiscent of a Bose-Einstein condensation. The transient time for the steady-state condensate to follow is very short (picosecond time scale); and is realized even for weak values of the anharmonic coupling strength responsible for its occurrence. Further it seemingly requires low levels of metabolic pumping power. We comment on possible important biophysical consequences / Mestrado / Física / Mestre em Física

No contexto da teoria de Bogoliubov determinamos as configurações de equilíbrio e as excitações coletivas de um condensado de Bose-Einstein espinorial homogêneo com spin hiperfino S = 1, na presença e na ausência de um campo magnético externo. Na tese mapeamos as configurações de equilíbrio em função dos parâmetros e m, onde q está relacionado com a intensidade do termo quadrático da energia de Zeeman, c2 é a intensidade do termo da interação átomo-átomo dependente do spin, p é a densidade do condensado e m é a magnetização por partícula. Pelo exame do comportamento dos ramos de energia das excitações coletivas como função do momento determinamos as configurações de equilíbrio estáveis e mostramos que é possível classificá-las pela miscibilidade das componentes a = O e a = f 1, que é uma consequência direta da simetria axial no espaço de spin. O exame do diagrama de fase do sistema indica que ele depende crucialmente do caráter antiferromagnético ou ferromagnético dos átomos. No limite antiferromagnético o estado fundamental é imiscível e de fase indeterminada. Por outro lado no limite ferromagnético o estado fundamental pode ser miscível e de fase determinada. Em contrapartida verificamos a dominância do termo quadrático da energia de Zeeman em ambos os casos, no limite antiferromagnético quando e no limite ferromagnético quando & > 2. Fenômenos tais como o colpaso do condensado e transições de fase são também possíveis. Este trabalho se diferencia dos demais pelo fato de levar em conta explicitamente a conservação da magnetizaçáo do sistema, que nos permitiu fazer um estudo sistemático das configurações de equilíbrio, o que pode servir de guia para futuros estudos de efeitos que ocorrem tanto nas regiões estáveis quanto nas instáveis. / In the framework of the Bogoliubov theory, we determined the equilibrium configurations and the collective excitations of a homogeneous Bose-Einstein S = 1 spinor condensate, in the presence and absence of an externa1 magnetic field. In this thesis we found the equilibrium configurations as function of the parameters and m, where q is the intensity of the quadratic term of the Zeeman energy, ca is the intensity of the spin dependent atom-atom interaction term, p is the condensate density and m the magnetization per particle. By the study of the behaviour of the collective excitation energies as function of the moment, we found the stable equilibrium configurations and we show that they can be classified by the miscibility of the components a = O and a f 1, which is a direct consequence of the axial symmetry in the spin space. Examining the phase diagram, we see that it depends on the antiferromagnetic or ferromagnetic character of the atoms. In the antiferromagnetic limit, the ground state is imiscible and with an undetermined phase. However in the ferromagnetic limit the ground state can be miscible and with a fixed phase. On the other hand, we see in both cases the dominance of the quadratic term of the Zeeman energy, wlien & > O in the antiferromagnetic limit and wlien A- > 2 in the ferromagnetic limit. Phenomena such as condensate collapse and phase transition is also possible. This work differs from others by taking explicitly into account the conservation of the magnetization of the system, wich allowed us to perform a sistematic study of the equilibrium configurations, that can be a guide to future studies of effects that occur not only at the stable as also in the unstable regions

No contexto da teoria de Bogoliubov determinamos as configurações de equilíbrio e as excitações coletivas de um condensado de Bose-Einstein espinorial homogêneo com spin hiperfino S = 1, na presença e na ausência de um campo magnético externo. Na tese mapeamos as configurações de equilíbrio em função dos parâmetros e m, onde q está relacionado com a intensidade do termo quadrático da energia de Zeeman, c2 é a intensidade do termo da interação átomo-átomo dependente do spin, p é a densidade do condensado e m é a magnetização por partícula. Pelo exame do comportamento dos ramos de energia das excitações coletivas como função do momento determinamos as configurações de equilíbrio estáveis e mostramos que é possível classificá-las pela miscibilidade das componentes a = O e a = f 1, que é uma consequência direta da simetria axial no espaço de spin. O exame do diagrama de fase do sistema indica que ele depende crucialmente do caráter antiferromagnético ou ferromagnético dos átomos. No limite antiferromagnético o estado fundamental é imiscível e de fase indeterminada. Por outro lado no limite ferromagnético o estado fundamental pode ser miscível e de fase determinada. Em contrapartida verificamos a dominância do termo quadrático da energia de Zeeman em ambos os casos, no limite antiferromagnético quando e no limite ferromagnético quando & > 2. Fenômenos tais como o colpaso do condensado e transições de fase são também possíveis. Este trabalho se diferencia dos demais pelo fato de levar em conta explicitamente a conservação da magnetizaçáo do sistema, que nos permitiu fazer um estudo sistemático das configurações de equilíbrio, o que pode servir de guia para futuros estudos de efeitos que ocorrem tanto nas regiões estáveis quanto nas instáveis. / In the framework of the Bogoliubov theory, we determined the equilibrium configurations and the collective excitations of a homogeneous Bose-Einstein S = 1 spinor condensate, in the presence and absence of an externa1 magnetic field. In this thesis we found the equilibrium configurations as function of the parameters and m, where q is the intensity of the quadratic term of the Zeeman energy, ca is the intensity of the spin dependent atom-atom interaction term, p is the condensate density and m the magnetization per particle. By the study of the behaviour of the collective excitation energies as function of the moment, we found the stable equilibrium configurations and we show that they can be classified by the miscibility of the components a = O and a f 1, which is a direct consequence of the axial symmetry in the spin space. Examining the phase diagram, we see that it depends on the antiferromagnetic or ferromagnetic character of the atoms. In the antiferromagnetic limit, the ground state is imiscible and with an undetermined phase. However in the ferromagnetic limit the ground state can be miscible and with a fixed phase. On the other hand, we see in both cases the dominance of the quadratic term of the Zeeman energy, wlien & > O in the antiferromagnetic limit and wlien A- > 2 in the ferromagnetic limit. Phenomena such as condensate collapse and phase transition is also possible. This work differs from others by taking explicitly into account the conservation of the magnetization of the system, wich allowed us to perform a sistematic study of the equilibrium configurations, that can be a guide to future studies of effects that occur not only at the stable as also in the unstable regions

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Cette thèse présente une description nouvelle et les conséquences physiques de la seconde transition pour les gaz parfait de Bose dans des milieux fortement anisotropes. Nous développons ainsi dans le chapitre 1 une approche dite d'échelle qui permet de revisiter les différents concepts autour de la condensation de Bose-Einstein : la condensation généralisée (M.van den Berg, J.Lewis, J.Pulé, 1986), les cycles infinis (R.Feynmann, 1953) et les corrélation à longue portée (O.Penrose, L. Onsager, 1956). Cette nouvelle approche nous permet, dans un premier temps, de montrer l'équivalence entre ces critères de condensation et entre les différentes classifications de condensats. Ensuite, dans les chapitres 2 et 3, nous caractérisons, via notre méthode, les effets physiques (nouvelle température critique, modification des fractions condensées, localisations énergétiques et longueurs de cohérence) pour les gaz de Bose dans des boîtes quasi-2D (Ch2) et des pièges harmoniques quasi-1D (Ch3) exponentiellement anisotropes. Dans le chapitre 4, nous discutons principalement l'analogie entre cycles et polymère à la P.-G de Gennes que fourni notre description des cycles via notre méthode d'échelle / This thesis presents a description and new physical results about the second transition for the Bose ideal gas i n strongly anisotropes systems. Thus, we develop in Chapter 1 an approach of scale that allowq us to revisit the concepts around the Bose-Einstein condensation : generalised condesation (M. van den Berg, J. Lewis, J. Pule, 1986), infinite cycles (R. Feynman, 1953) and off-diagonal-long-range order (O. Penrose, L. Osager, 1956). This new approach allows us, initially, to show equivalence between these criteria are condensation between different classifications of condensates. The, in Chapter 2 and 3, we characterize using our method, the physical (new critical temperature, changing fractions condensed localization energy and coherence lenghts) for the Bose gas cans in quasi-2D (Ch2) and of quasi-1D harmonic traps (Ch3) exponentially anisotropic. In Chapter 4, we discuss mainly the analogy between cycles and the polymer (P.-G de Gennes description), using our scaling argument for cycles.