We have developed a technique to produce, manipulate and trap Rb2 molecules with a single optical beam. This beam is generated by a high-power fiber amplifier (50 W of total output power) in the 1060 to 1070 nm range, which is seeded by two light sources: a sharp-band laser and a broadband superluminescent diode. The laser source is tuned to produce Rb2 molecules from an ultracold 85Rb sample via photoassociation. The broadband spectrum vibrationally cool the molecules by optical pumping. This source is spectrally shaped in order to populate the molecules at the fundamental vibrational state ν = 0. The molecular sample is probed by two-photon ionization, promoted by a pulsed dye laser in the 475 to 480 nm range. By scanning the photoassociation laser frequency, we have obtained a photoassociation spectrum of the ν\' = 138 state of the 0+u potential, confirming previous observations. We have also obtained two vibrational spectra of the molecules by varying the ionization laser frequency, in the presence and absence of the broadband source. The comparison between the two spectra, along with ab-initio data, provides evidences that the molecules are optically pumped to the fundamental vibrational state. / Desenvolvemos uma técnica para produzir, manipular e aprisional moléculas de Rb2 com um único feixe óptico. Esse feixe é gerado por um amplificador de alta potência (50 W de potência total de saída) na faixa de 1060 a 1070 nm, que é alimentado por duas fontes de luz: um laser banda estreita e um diodo superluminescente banda larga. O laser é sintonizado para produzir moléculas de Rb2 a partir de uma amostra ultrafria de 85Rb via fotoassociação. O espectro banda larga resfria vibracionalmente as moléculas, por bombeamento óptico. Essa fonte de luz tem seu espectro formatado de modo a deixar as moléculas em seu estado vibracional fundamental ν = 0. A amostra molecular é testada por ionização de dois fótons, promovida por um laser de diodo pulsado na faixa de 475 a 480 nm. Variando a frequência do laser de fotoassociação, obtivemos um espectro de fotoassociação do estado ν\' = 138 do potencial 0+u, confirmando observações anteriores. Obtivemos também dois espectros vibracionais das moléculas variando a frequência do laser de ionização, com e sem a fonte banda larga. Uma comparação entre os dois espectros, junto de dados ab-initio, fornece evidências de que as moléculas são opticamente bombeadas para o estado vibracional fundamental.

Neste trabalho são apresentados os resultados de um monitoramento detalhado de propriedades físicas de cis-1,4-poli-isopreno vulcanizado em função da dopagem com iodo. As propriedades avaliadas foram: condutividade e constante dielétrica, difusividade e condutividade térmica, calor específico, módulo elástico e a evolução dos espectros nas regiões do visível e do infra-vermelho. Os resultados obtidos evidenciam a existência de uma concentração crítica, para a qual ocorre uma transição do tipo ordem-desordem na matriz polimérica, e sugerem a formação de seqüências conjugadas entre as ligações duplas de carbono.

We found universal laws for the spectrum of two-dimensional three-body systems, composed by two identical particles and a distinct one (AAB). These universal laws appear when the potential range (r_0) is much smaller than the size of the system. In two dimensions this condition is formulated as (E2 is the two-body energy and ? is the reduced mass). The zero range model, which is very appropriated to establish the universal laws, is introduced through the ?-Dirac potential. We derive the corresponding two-dimensional Faddeev equations for the three-body system and solve them numerically in momentum space. Our results showed that the three-body binding energy monotonically increases with the two-body binding energy, and such dependence is more pronounced than the mass variations. We found that the three-body energy depends logarithmic on the two-body energy for large values. Furthermore, been m=mB/mA the ratio between the masses of the B and A particles, the three-body energy is mass-independent for m ? ? and increase without bounds for m ?0. The limit of two non-interacting identical particles is also studied in the AAB system. We found that the two-dimensional three-body system always support at least two bound states and more bound states appear for m<0.22. Finally, we analyze the particular limit of m ?0 using the adiabatic approximation. This approximation can be used to study the three-body system in two-dimensions with an accuracy better than 10% compared to the solutions of the Faddeev equations, for m ? 0.01.

Avaliamos a aplicação de alguns métodos de otimização que não utilizam informação prévia e introduzimos novos métodos que a utilizam na solução de problemas de física atômica e molecular. Aplicamos esses métodos na determinação da geometria do estado fundamental de aglomerados de Silício. A energia total foi calculada pelo método semi-empírico Tight Binding, mas é facilmente adaptável a qualquer outro. Na discussão de métodos sem informação prévia fizemos uma comparação entre Recozimento Simulado Generalizado, RSG, que utiliza a estatística de Tsallis e o Recozimento Simulado Clássico, RSC, que utiliza estatística de Boltzmann. Mostramos que o RSG tem potencial para acelerar a determinação do mínimo global sem perder eficiência em relação ao RSC. Verificamos que em outros problemas de física, a inclusão de informação prévia, isto é, a experiência de pesquisadores permitiu a solução de problemas que desafiavam os cientistas. Decidimos, então, introduzir um novo procedimento de otimização global de geometrias de aglomerados baseado na utilização de informação prévia disponível que fosse automático, isto é, que aprendesse por si. Com esse objetivo, combinamos as Redes Neurais Artificiais com o Algoritmo Genético. Este método é adequado para resolver problemas que dependam de algum tipo de heurística para limitar o hiper-espaço a ser pesquisado. Mostramos que as Redes Neurais Artificiais são capazes de, após treinadas, aprender as características do problema. Mostramos que podem gerar uma população selecionada para o algoritmo genético e acelerar a descoberta da solução do problema de otimização. Aplicamos o novo método para determinar a geometria do estado fundamental de aglomerados de Silício. Treinamos as Redes Neurais Artificiais com aglomerados pequenos (de até 9 átomos) e estudamos o Si10 e Si20, conseguindo um resultados cerca de 3 vezes mais rápidos do que o genético puro. Um próximo passo será o acoplamento de nosso método com um procedimento mais preciso que a aproximação Tight-Binding , especificamente pretendemos usar o "Full-Potential Linear Muffin-Tin Orbital" de Li e Cao. Outro interesse futuro e explorar a otimização assistida por rede neural em problemas de outras áreas da física, como por exemplo a análise espectroscópica.

A determinação da conformação tridimensional, correspondente ao estado fundamental de aglomerados atômicos, é um dos temas de investigação da Física Computacional. Particularmente, duas razões fazem com que essa determinação torne-se uma tarefa árdua. Em primeiro lugar, o problema mecânico-quântico a ser resolvido é muito custoso, em termos computacionais. Segundo, a hipersuperfície de energia, relacionada a esses sistemas, apresenta uma grande quantidade de mínimos locais.Para superar esses problemas, desenvolvemos um procedimento computacional, baseado no Algoritmos Genéticos (GA), capaz de encontrar a conformação referente ao mínimo global de tais aglomerados. A partir de estudos preliminares, associamos as melhores características dos algoritmos genéticos (GA) e do simulated annealing (SA), desenvolvendo um algoritmo híbrido (HA). Este novo algoritmo apresentou fraca depedência dos parâmetros iniciais, estratégia de busca em paralelo, rápida convergência, alta precisão e resolução. O HA foi capaz de predizer 3 novas conformações para o aglomerado Si20 que, dentro dos limites da aproximação Tight-Binding, representam conformações de menor energia de ligação por átomo, quando comparadas com modelos anteriormente propostos na literatura. A seguir, desenvolvemos um sistema classificador (CS) capaz de aprender sobre as informações conformacionais extraídas dos aglomerados menores, para predizer a conformação, dos maiores. Essas tácnicas (GA, SA e CS) foram reunídas em um único algoritmo. Na determinação da conformação do aglomerado Si20, o algoritmo apresentado nessa tese superou o GA e o SA, em termos de tempo de CPU requerido, por um fator de 104. Em princípio, as idéias e algoritmos apresentados nessa tese podem ser aplicados na otimização de quaisquer sistemas poliatômicos.

Macro properties of cold atomic gases are driven by few-body correlations, even if the gas has thousands of particles. Quantum systems composed of two and three particles with attractive zero-range pairwise interactions are considered for general masses and interaction strengths in two and three dimensions (2D and 3D). The Faddeev decomposition is used to derive the equations for the bound state, which is the starting point for the investigation of universal properties of few-body systems, i.e. those that all potentials with the same physics at low energy are able to describe in a model-independent form. In 2D, the number of bound states in a three-body system increases without bound as the mass of one particle becomes much lighter than the other two. The analytic form of an effective potential between the heavy particles explains the mass-dependence on the number of bound energy levels. An exact analytic expression for the large-momentum asymptotic behavior of the spectator function in the Faddeev equation is presented. The spectator function and its asymptotic form define the two- and three-body contact parameters. The two-body parameter is found to be independent of the quantum state in some specific 2D systems. The 2D and 3D momentum distributions have a distinct sub-leading form whereas the 3D term depends on the mass of the particles. A model that interpolates between 2D and 3D is proposed and a sharp transition in the energy spectrum of three-body systems is found.

Tradicionalmente, a tabela periódica convenientemente apresenta elementos químicos em linhas, chamadas períodos e em colunas, chamadas grupos ou famílias. Em um trabalho anterior, alguns de nós, com base exclusivamente nas informações disponíveis na época de Mendeleev, têm usado redes neurais artificiais e mapas auto-organizaveis para gerar um arranjo bidimensional dos elementos químicos. Agora, nesta investigação, temos tentado determinar quais propriedades dos elementos favorecem a formação dos períodos e quais favorecem a formação de famílias. Aqui, nós projetamos um modelo baseado no problema do caixeiro viajante. As propriedades físico-químicas dos elementos representaram as coordenadas das cidades percorridas pelo caixeiro viajante. Assim, através da determinação do melhor caminho, encontramos que elementos químicos são mais semelhantes de acordo com um conjunto de propriedades pré-selecionadas. Os testes foram realizados em 3 grupos distintos de propriedades. No ensaio 1, as propriedades seleccionadas foram: peso atômico, temperatura de fusão, temperatura de ebulição, densidade; no Teste 2, as propriedades selecionadas foram: peso atômico, temperatura de fusão, temperatura de ebulição, energia de ionização; e no teste 3, as propriedades selecionadas foram densidade, temperatura de fusão, temperatura de ebulição, energia de ionização. A análise detalhada mostrou que o peso atômico favorece a formação dos períodos e a substituição do peso atômico pela densidade beneficiou a formação de grupos. A sequência deste trabalho consiste em uma classificação de aminoácidos. Para isso, fizemos uso de redes de Kohonen (mapas auto-organizáveis) e analisamos os agrupamentos formados no mapa. Dessa forma obtivemos um mapa bidimensional onde aminoácidos com características similares ficaram próximos uns dos outros. Dentre as propriedades utilizadas para treinamento, destacamos o softness químico local. Ao todo foram feitos cinco testes com dados de entrada diferente. O primeiro teste foi realizado com as seguintes propriedades: softness da cadeia lateral, softness do radical, softness molecular, fator de empilhamento e espectros na faixa de 0-50, 50-100 e 100-150; no segundo teste fizemos uso de: softness da cadeia lateral, softness do radical, softness molecular, fator de empilhamento e potencial de hidratação; no terceiro teste os dados de entrada foram: softness da cadeia lateral, softness do radical, softness molecular, volume e potencial de hidratação; no quarto teste utilizamos: softness da cadeia lateral, softness do radical, softness molecular e potencial de hidratação; no último teste os dados de entrada foram apenas: softness da cadeia lateral, softness do radical e softness molecular. Nos testes realizados muitos grupos foram identificados, tais como: pequenos, carregados, carregados positivamente, alifáticos e aromáticos. Por fim, notamos que, como citado por Zhou e Parr, softness, de fato, se mostrou um bom indicador de aromaticidade.

Neste trabalho exploramos a possibilidade interferir no processo de reparação das neoplasias, expondo-as simultaneamente a campos elétricos estáticos (CEE) e quimioterápicos. Os resultados combinados do CEE com Etoposídeo induziram um aumento expressivo na mortalidade celular, reduzindo a IC50 do Etoposídeo de 0,49 mmol para 0,20 mmol na linhagem tumoral B16F10, e de 0,46 mmol para 0,15 mmol nas células de fibroblasto FN1. Quantificou-se um aumento médio de 15% na apoptose, via Caspase 3, dobrando-se os valores obtidos isoladamente ao Etoposídeo. A detecção da apoptose e necrose via Anexina V/PI revelou um aumento de 20 para 40% na mortalidade com o tratamento combinado. O tratamento combinado do campo elétrico com o quimioterápico Etoposídeo indica a ocorrência de uma interferência seletiva no mecanismo de reparo para danos do tipo DSB, neutralizando a sinalização de reparo. / The possibility of therapeutic usage of electric fields as complementary intervention in cancer treatment, by means of simultaneous exposure of tumors to chemotherapy and static electric fields (SEF) is investigated and addressed in this work. The combined results of SEF with Etoposide induced a substantial increase of cell deaths, reducing Etoposide IC50 from 0.49 mmol to 0.20 mmol in the tumor strain B16F10, and from 0.46 mmol to 0.15 mmol in the fibroblast cells FN1. An apoptosis average increase of 15%, via Caspase 3, the sole application of Etoposide, in these same times, doubled the apoptosis. Detection of apoptosis and necrosis via Annexine V/PI exhibited cell death increase from 20% to 40% when combined with electric field exposure. The combined treatment of electric field with the chemotherapyc Etoposide indicates the existence of a selective interference in the repairing mechanism for DSB damages, neutralizing in this way the repair signaling.

Nesta tese estudamos o espectro de absorção da Merocianina de Brooker (MB) e três derivados em solventes com diferentes polaridades. O interesse no estudo desses sistemas se dá pela presença de algumas propriedades particulares das merocianinas, por exemplo, apresentam um grande deslocamento solvatocrômico devido à mudança na polaridade do meio. Nós apresentamos os resultados teóricos obtidos para o espectro de absorção das moléculas considerando diferentes estruturas para o estado fundamental: formas trans, cis, zwiteriônica (zw), protonada (MBH+) e dímero(MB2). O efeito do solvente foi considerado utilizando diferentes modelos de solvatação: (i) modelo contínuo polarizável (PCM), (ii) através de uma configuração eletrostática média do solvente (ASEC), (iii) incluindo algumas moléculas explícitas do solvente juntamente com um ambiente eletrostático gerado pelas demais moléculas do solvente. Como uma investigação adicional, apresentamos nossos resultados de medidas experimentais para o espectro de absorção da MB em vários solventes variando acidez e concentração. Vimos, através de cálculos quânticos, que as formas cis/trans apresentam a excitação eletrônica na mesma região, e que a deformação estrutural gerada pela forma zw provoca um deslocamento para o vermelho na excitação eletrônica. Os nossos resultados teóricos e experimentais mostram que a forma MBH+ apresenta um solvatocromismo pequeno, com deslocamento de 20 nm provocado pela mudança água-clorofórmio. Realizando medidas experimentais através da titulação espectroscópica nós obtivemos o pKa associado ao processo de desprotonação/protonação da MB em água e metanol. Em água obtivemos um valor de 8.7, em boa concordância com valores da literatura. Apresentamos um valor inédito do pKap da MB em metanol, 9.9. Conseguimos uma boa descrição teórica para a excitação eletrônica da MB em solventes com alta polaridade, na região entre 430-500 nm, utilizando o método quântico TD-DFT com funcionais B3LYP e CAM-B3LYP e conjunto de funções base 6-311+G**, porém a excitação em solventes de baixa polaridade, que ocorre na região entre 550-650 nm, não é corretamente descrita considerando a MB nos solventes. Nós vimos, através de estudos experimentais, que a sonda MB pode agregar em solventes de baixa polaridade. Os cáculos teóricos para dímeros em solução mostraram a existência de uma excitação eletrônica de baixa intensidade nesta região. Adicionalmente, os espectros experimentais em solventes de baixa polaridade mostraram 2 bandas, onde a segunda se assemelha com a banda observada para a forma MBH+. Para explicar essas 2 bandas experimentais para a MB, apresentamos uma proposta teórica onde ocorre uma transferência de prótons (H+) entre os monômeros do dímero formado, gerando uma estrutura desprotonada (MBH-) e uma protonada (MBH+). Cálculos teóricos para a forma MBH- mostram que essa forma apresenta uma excitação eletrônica de intensidade moderada na região entre 550-650 nm. Com essa hipótese nós conseguimos descrever, através de cálculos teóricos, o solvatocromismo anômalo observado experimentalmente para o espectro eletrônico de absorção da MB nas duas regiões de polaridade dos solventes: alta polaridade, sendo descrita pela forma MB, e baixa polaridade, descrita pela forma MBH-. / In this thesis we studied the absorption spectrum of merocyanine Brooker (MB) and three derivatives in solvents with different polarities.The interest in this system is given by the presence of some particular properties of this molecule, for example, it presents a large solvatochromic shift due to the change in the polarity of the medium. We present the results for the absorption spectrum of the molecules considering different structures to the ground state: forms trans, cis, zwitterionic (zw), protonated MBH+ and dimer (MB2). The solvent effect was treaty by different ways: (i) continuous model using the PCM polarizable, (ii) by an average electrostatic configuration of solvent, ASEC, (iii) including some explicit solvent molecules with an electrostatic environment generated by other solvent molecules. As an additional investigation, we present results of experimental measurements in the thesis. We have seen, through quantum calculations, that the forms cis/trans have the electronic excitation in the same region and the structural deformation generated in the zw form causes a red shift. Our theoretical and experimental results show that the MBH+ form has a small solvatochromism, with displacement of 20 nm caused by water-chloroform change. Performing spectroscopic titration we got the pKa associated with the process of deprotonation/protonation of MB in water and methanol. In water we obtained a value of 8.7, in good agreement with the values reported in the literature. We present a unpublished pKap for the MB in methanol, 9.9. We got a good theoretical description for electronic excitation of MB in solvents with high polarity, in the region between 430-500 nm, using a method quantum TD-DFT B3LYP and CAM-B3LYP functional whit basic functions set 6-311+G** but the excitation in low polarity solvents, which occurs in the region between 550-650 nm, is not properly described considering the MB form in the solvents. We have seen, through experimental studies that the MB probe can aggregate in low polarity solvents. Theoretical calculations for dimer in solution showed the existence of a low intensity electron excitation in this region. Additionally, the experimental spectra in low polarity solvents showed 2 bands, where in the second band is similar to the observed to MBH+ form. To explain these two experimental bands for MB, we present a theoretical proposal where there is a proton transfer (H+) between the monomers of the dimer, generating a deprotonated structure (MBH-) and a protonated (MBH+). Theoretical calculations for the MBH- show that this form presents an electronic excitation of moderate intensity in the region between 550-650 nm. With this assumption we can describe, through theoretical calculations, the anomalous solvatochromism for the electronic absorption spectrum of MB in the two polarity regions of solvents: high polarity is described by the MB form, and low polarity, described by the MBH- form.

O dímero de pirimidina ciclobutano é uma lesão no DNA fotoinduzida por radiação ultravioleta que pode evoluir para um tipo de câncer de pele. Uma das formas de reparar essa lesão usada por alguns organismos é através do processo enzimático de fotoreativação, induzido por radiação UV na região do visível. Crucial neste processo é a transferência de um elétron primária do cofator enzimático FADH POT.- para o dímero após a qual ocorre separação do dímero em monômeros. Vários compostos indólicos forma estudados no passado com o objetivo de mimetizar o sistema enzimático, entre eles o complexo não-enzimático covalentemente ligado indol-dímero. No entanto, não foi possível até o presente obter um sistema substitutivo que opere tão eficientemente quanto o enzimático. Nesta tese, fizemos um estudo teórico e fenomenológico da eficiência de reparo dos dímeros de pirimidina quando efetuado tanto pelo complexo enzimático como pelo complexo covalentemente ligado (indol-dímero). Tentativamente, buscamos determinar os elementos físicos e químicos que são influentes para a eficiência do processo de reparo, concentrando os esforços na compreensão do papel de processos competitivos à reação intrínseca de separação dos dímeros o que inclui a possibilidade de transferência de elétrons de volta para o doador original. Para isso, formulamos uma expressão para a eficiência de reparo em termos das quantidades que regulam as taxas das etapas intermediárias, incluindo tanto o processo direto de transferência de elétrons, como o de volta. O elemento de transição eletrônica que toma parte nesta expressão é calculado explicitamente na aproximação do modelo \"ligação firme\", usando o método da Expansão Perturbativa Renormalizada, para levar em conta a natureza de longo-alcance do processo de transferência de elétrons neste caso. Estimamos também os parâmetros nucleares que incorporam as expressões para as taxas de transferência de elétrons, como prescrito pela teoria de Marcus. Análise subsequente do processo de reparo usando esta fórmula permitiu-nos interpretar a natureza do compromisso entre as duas reações de transferência de elétrons e do controle exercido por estas sobre a eficiência do reparo. Pudemos então propor uma forma para estudar este compromisso em termos de grandezas mensuráveis, quais sejam, a polaridade do solvente e o seu grau de especularidade do cromóforo. Isto permitiu sugerir maneiras práticas de combinar estes efeitos para obter compostos artificiais com eficiências mais altas. / The ultraviolet photo induced cyclobutane pyrimidine dimer is a lesion to DNA that can evolve to a type of skin cancer. One of the mechanisms to repair the lesion is through the enrymatic photoreactivation process induced by solar radiation in the visible region. A crucial step in this process is a primary electron transfer reaction from the photolyase enzyme cofactor FADH to the dimer, after which dimer cleavage occurs. Several indolic compounds, as for instance the simple covalently linked indole-dimer, have been designed in the past years in order to mimic the actions of enzymatic complex. Nevertheless, up to the present it was not possible to find a substitute that operates as efficiently as the enzyme. In the present thesis, we perform a theoretical and phenomenological study of the efficiency of dimer repair by both enzymatic and indolic complexes. We attempt to find physical and chemical elements that are influential to the efficiency of the repair process focusing on the role of competitive reactions to the cleavage, including explicitly the possibility of quenching by back-electron transfer. For this, we formulate an expression for the efficiency of repair in terms of the quantities that regulate the rates for intermediate reactions, including primary and back electron transfers. The electronic transition element entering this expression is calculated in the tight-binding approximation using the Renormalized Perturbation Expansion method to account for the long-range nature of the electron transfer process in this case. We also estimate the nuclear parameters that enter the rate expression as prescribed by Marcus theory. A subsequent phenomenological analysis of the repair process using this formula and applied to both enzymatic and indolic systems, allowed us to understand the nature of the compromise established between the primary and back electron to control the efficiency of repair. We could then propose a way to study this compromise in terms of measurable quantities, namely the solvent polarity and another that depends on the degree of spectral specularity of the chromophore. This allowed us to suggest practical ways to combine these effects in order to increase the efficiency of designed artificial compounds.