In this work, we discuss some theoretical topics related to many-body physics in ultracold atomic and molecular gases. First, we present a comparison between experimental data and theoretical predictions in the context of quantum emulator of quantum field theories, finding good results which supports the efficiency of such simulators. In the second and third parts, we investigate several many-body properties of atomic and molecular gases confined in one dimension.

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Si studiano modelli con supersimmetria globale N=1 in d=4, con e senza interazioni di gauge, con riferimento anche alla Gauge Mediation.

The present work describes the development of a new body-counter system based on HPGe detectors and installed at IVM of KIT. The goal, achieved, was the improvement of the ability to detect internal contaminations in the human body, especially the ones concerning low-energy emitters and multiple nuclides. The development of the system started with the characterisation of detectors purchased for this specific task, with the optimisation of the different desired measurement configurations following and ending with the installation and check of the results. A new software has been developed to handle the new detectors. / Il presente lavoro descrive lo sviluppo del nuovo sistema di conteggio basato su rivelatori HPGe installato presso l'IVM situato al KIT. L'obiettivo, raggiunto, era quello di migliorare la capacità di rilevazione di contaminazioni interne del corpo umano, specialmente di quelle inerenti basse energie e quelle contenenti nuclidi multipli. La progettazione del sistema è stata effettuata ex-novo, a partire dalla caratterizzazione dei rivelatori acquistati per l'uopo, proseguendo con l'ottimizzazione delle diverse configurazioni di misura richieste e terminando con l'installazione e la verifica dei risultati. Parallelamente è stato sviluppato un software per gestire i nuovi rivelatori.

Three published papers are resumed in this thesis. Different aspects of the semiclassical theory of gravity are discussed. In chapter 1 we find a new perturbative (yet analytical) solution to the unsolved problem of the metric junction between two Friedmann-Robertson-Walker using Israel's formalism. The case of an expanding radiation core inside an expanding or collapsing dust exterior is treated. This model can be useful in the "landscape" cosmology in string theory or for treating new gravastar configurations. In chapter 2 we investigate the possible use of the Kodama vector field as a substitute for the Killing vector field. In particular we find the response function of an Unruh detector following an (accelerated) Kodama trajectory. The detector has finite extension and backreaction is considered. In chapter 3 we study the possible creation of microscopic black holes at LHC in the brane world model. It is found that the black hole tidal charge has a fundamental role in preventing the formation of the horizon.

The objective of this thesis was to improve the commercial CFD software Ansys Fluent to obtain a tool able to perform accurate simulations of flow boiling in the slug flow regime. The achievement of a reliable numerical framework allows a better understanding of the bubble and flow dynamics induced by the evaporation and makes possible the prediction of the wall heat transfer trends. In order to save computational time, the flow is modeled with an axisymmetrical formulation. Vapor and liquid phases are treated as incompressible and in laminar flow. By means of a single fluid approach, the flow equations are written as for a single phase flow, but discontinuities at the interface and interfacial effects need to be accounted for and discretized properly. Ansys Fluent provides a Volume Of Fluid technique to advect the interface and to map the discontinuous fluid properties throughout the flow domain. The interfacial effects are dominant in the boiling slug flow and the accuracy of their estimation is fundamental for the reliability of the solver. Self-implemented functions, developed ad-hoc, are introduced within the numerical code to compute the surface tension force and the rates of mass and energy exchange at the interface related to the evaporation. Several validation benchmarks assess the better performances of the improved software. Various adiabatic configurations are simulated in order to test the capability of the numerical framework in modeling actual flows and the comparison with experimental results is very positive. The simulation of a single evaporating bubble underlines the dominant effect on the global heat transfer rate of the local transient heat convection in the liquid after the bubble transit. The simulation of multiple evaporating bubbles flowing in sequence shows that their mutual influence can strongly enhance the heat transfer coefficient, up to twice the single phase flow value. / Questa tesi si è posta l'obiettivo di migliorare il codice commerciale CFD Ansys Fluent, per ottenere un solutore in grado di compiere simulazioni accurate di flussi in ebollizione nel regime slug flow. Un codice numerico affidabile permette una miglior comprensione della dinamica della bolla causata dall'evaporazione, rendendo possibile la stima dello scambio termico alla parete. Per limitare il costo computazionale delle simulazioni, il problema è modellato con una formulazione assialsimmetrica. Le fasi liquido e vapore sono incomprimibili ed in moto laminare. Attraverso un approccio di tipo single fluid, le equazioni che governano il moto sono scritte come per un flusso a fase singola, tuttavia discontinuità ed effetti di interfaccia vanno introdotti e discretizzati propriamente. Fluent dispone di una tecnica di tipo Volume-of-Fluid per l'avvezione dell'interfaccia e per mappare le discontinue proprietà del fluido su tutto il dominio. Nello slug flow gli effetti di interfaccia sono dominanti, di conseguenza l'accuratezza con cui essi sono calcolati è fondamentale per la veridicità del solutore. A tale scopo, sono state introdotte nel codice numerico delle funzioni esterne, sviluppate appositamente per il calcolo della tensione superficiale e dello scambio di massa ed energia all'interfaccia come conseguenza dell'evaporazione. Le migliori prestazioni del codice modificato rispetto a quello originale sono dimostrate attraverso numerosi casi test. Per provare la validità del nuovo codice numerico nella riproduzione di reali configurazioni di flusso, sono stati simulati diversi flussi adiabatici ed il confronto con i risultati sperimentali è molto positivo. La simulazione dell'evaporazione di una bolla singola evidenzia che la convezione transitoria nel liquido, successivamente al passaggio della bolla, ha un effetto dominante sul coefficiente di scambio termico globale. La simulazione di bolle multiple che evaporano in sequenza mostra che la loro influenza reciproca migliora notevolmente il coefficiente di scambio, fino a due volte il valore a fase singola.

Con gli strumenti informatici disponibili oggi per le industrie, in particolar modo coi software CAE, le possibile simulare in maniera più che soddisfacente i fenomeni fisici presenti in natura. Anche il raffreddamento di un manufatto in polimero può venire simulato, a patto che si conoscano tutti i dati dei materiali e delle condizioni al contorno. Per quanto riguarda i dati dei materiali, i produttori di polimeri sono molto spesso in grado di fornirli, mentre le condizioni al contorno devono essere padroneggiate dal detentore della tecnologia. Nella pratica, tale conoscenza è al più incompleta, quindi si fanno ipotesi per colmare le lacune. Una tra le ipotesi più forti fatte è quella di una perfetta conduzione all'interfaccia tra due corpi. Questo è un vincolo troppo forte, se paragonato alla precisione di tutti gli altri dati necessari alla simulazione, e quindi si è deciso di eseguire una campagna sperimentale per stimare la resistenza al passaggio flusso termico all'interfaccia polimero-stampo ovvero determinare la conduttanza termica di contatto. L'attività svolta in questa tesi di dottorato ha come scopo quello di fornire un contributo significativo allo sviluppo e al miglioramento dell'efficienza termica degli stampi di formatura dei polimeri termoplastici con tecnologia a compressione. / Today's computational resources allow a more than satisfactory simulation of most industrial processes, including closure manufacturing. The cooling and cristalization step of the manufacturing process may be simulated, provided all polymer data, process parameters and boundary conditions are known. As to the latter two issues, it is the manufacturer's task to gain the necessary information, but this knowledge is in practice lacking at best, which makes assumptions compulsory. One of the strongest assumptions is that of perfect thermal contact at the interface between mold and polymer, too limiting a hypothesis if compared to the precision with which other conditions and parameters are known. To fill this gap an experimental campaign was devised, starting from scratch, to determine by means of inverse thermal analysis the value of the thermal contact conductance in the case of two families of polymeric materials and its dependence on the main process parameters at play in compression molding. The results, both qualitative and quantitative highlighted which aspects may be discarded and which play a fundamental role in the cooling process.

In this thesis we will investigate some properties of one-dimensional quantum systems. From a theoretical point of view quantum models in one dimension are particularly interesting because they are strongly interacting, since particles cannot avoid each other in their motion, and you we can never ignore collisions. Yet, integrable models often generate new and non-trivial solutions, which could not be found perturbatively. In this dissertation we shall focus on two important aspects of integrable one- dimensional models: Their entanglement properties at equilibrium and their dynamical correlators after a quantum quench. The first part of the thesis will be therefore devoted to the study of the entanglement entropy in one- dimensional integrable systems, with a special focus on the XYZ spin-1/2 chain, which, in addition to being integrable, is also an interacting model. We will derive its Renyi entropies in the thermodynamic limit and its behaviour in different phases and for different values of the mass-gap will be analysed. In the second part of the thesis we will instead study the dynamics of correlators after a quantum quench , which represent a powerful tool to measure how perturbations and signals propagate through a quantum chain. The emphasis will be on the Transverse Field Ising Chain and the O(3) non-linear sigma model, which will be both studied by means of a semi-classical approach. Moreover in the last chapter we will demonstrate a general result about the dynamics of correlation functions of local observables after a quantum quench in integrable systems. In particular we will show that if there are not long-range interactions in the final Hamiltonian, then the dynamics of the model (non equal- time correlations) is described by the same statistical ensemble that describes its statical properties (equal-time correlations).

In the thesis, we discuss some aspects of 1D quantum systems related to entanglement entropies; in particular, we develop a new numerical method for the detection of crossovers in Luttinger liquids, and we discuss the behaviour of Rényi entropies in open conformal systems, when the boundary conditions preserve their conformal invariance.