A turbulência clássica é um fenômeno de natureza caótica, mas de difícil estudo por ser constituída pela fusão e superposição de vórtices aleatórios, dificultando sua descrição matemática. A turbulência quântica (TQ), embora também caótica, é composta por vórtices quantizados, que favorecem o controle experimental e sua definição teórica. Embora a evidência experimental da TQ tenha sido obtida em sistemas de He líquido, sua caracterização em condensados de Bose-Einstein (BEC) ainda não foi totalmente realizada. Neste trabalho, estudamos a distribuição de momento em BECs expandidos em tempo de voo, nos regimes convencional e turbulento. Para a produção experimental da amostra quanticamente degenerada, utilizamos a técnica do resfriamento evaporativo em átomos de 87Rb, previamente resfriados em uma armadilha puramente magnética do tipo QUIC. A turbulência quântica foi produzida no sistema através de um par de bobinas de excitação capaz de produzir uma perturbação oscilatória na nuvem previamente condensada. O diagnóstico da amostra aprisionada é feito por imagem de absorção durante expansão livre da nuvem. Durante a expansão, tanto a nuvem condensada quanto a turbulenta, alcançaram um valor assintótico no aspect ratio, indicando uma evolução isotrópica. A partir deste resultado, elaboramos um método teórico capaz de determinar a projeção isotrópica da distribuição de momento, baseado na imagem produzida experimentalmente. Através de argumentos de simetria e de uma transformada integral, recuperamos a densidade de momento tridimensional da projeção, para então determinar o espectro de energia cinética da nuvem, observando uma lei de escala para um estreito intervalo de momento. A lei de escala já foi prevista teoricamente para sistemas quânticos e medida para o He superfluido, mas pela primeira vez foi evidenciada em um BEC. Desta forma, os resultados corroboram a existência da turbulência quântica em uma amostra quanticamente degenerada, introduzindo os BECs como candidatos alternativos ao He líquido superfluido no estudo deste fenômeno. / Classical turbulence is a chaotic phenomenon that requires labored work, because of its merging and overlapping of random vortices nature, which hinders its mathematical description. Quantum turbulence (QT), although chaotic, is comprised of quantized vortices that favor the experimental control and its theoretical definition. Although experimental evidence of QT has been proved in liquid helium systems, its characterization in Bose-Einstein condensates (BEC) has not been fully accomplished. In this work, we studied the momentum distribution of expanding turbulent and non-turbulent BEC. For experimental achievement of the quantum degenerated sample, we used evaporative cooling in rubidium atoms, previously cooled in a QUIC trap. Quantum turbulence was produced through a pair of excitation coils capable of producing an oscillatory perturbation in the cloud previously condensed. The diagnosis of the trapped sample is done by absorption image during free expansion of the cloud. During the expansion, both clouds achieved a asymptotic value of the aspect ratio, indicating an isotropic evolution. From this result, we have developed a theoretical method able to determine the projection of the isotropic distribution of momentum, based on the image produced experimentally. Through symmetry arguments and an integral transformation, we recovered the tridimensional momentum distribution of the projection and then determined the kinetic energy spectrum of the cloud, observing a scaling power law for a narrow range of momenta. The scaling law has been theoretically predicted for quantum systems and has been proved to liquid helium superfluid, but, in this work, was for the first time evidenced in a BEC. Thus, the results support the existence of quantum turbulence in our quantum degenerated sample, introducing the BECs as potential candidates besides liquid helium superfluid for the study of this phenomenon.

The Anderson localization theory is the most important formalism to understand noninteracting electrons moving in disordered systems. The scaling theory predicts in low dimensional systems the absence of a localization-delocalization transition for any degree of uncorrelated disorder. However, in the two-dimensional model, distinct dynamical regimes can be observed according to the disorder intensity. More recently, the Anderson model with correlated disorder have been shown to break up the scaling theory predictions. It was numerically and experimentally proved that long range correlations can be induce a metal-insulator transition with mobility edges separating localized from extended states. In this work, we contribute along these lines. We study the nature of one-electron states in one-dimensional and two-dimensional Anderson models with long-range correlations in the disorder distribution. The long-range correlations was introduced by using a discrete Fourier method which produces a distribution of the energies in the sites with spectral density S(k)α 1/kα. In one-dimension, we study the static and dynamic case calculating the participation number function ξ and the wave-packet mean square displacement. In both the cases, we identify distinct regimes depending on the correlation degree α. For the 2d model, we investigate the behavior of the relative fluctuation of the participation number that is used to monitor the critical point. Our numerical data suggest that the localization length exponent governs the data collapse of the relative fluctuations as a function of the energy η(E). We still obtained the phase diagram that shows regions of extended, critical and localized states. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A teoria de localização é o formalismo mais importante para o entendimento do movimento de elétrons não interagentes em sistemas desordenados. A teoria de escala prevê em sistemas de baixa dimensionalidade a ausência de uma transição localização-deslocalização para qualquer grau de desordem não correlacionada. Entretanto, no modelo bidimensional regimes dinâmicos distintos podem ser observados de acordo com a intensidade da desordem. Mais recentemente, o modelo de Anderson com desordem correlacionada tem mostrado a quebra das previsões da teoria de escala. Foi provado, numérica e experimentalmente, que correlações de longo alcance podem induzir uma transição metal isolante com um mobility edge separando estados localizados de estados estendidos. Neste trabalho, nós contribuímos nesta linha. Estudamos a natureza dos estados de um elétron no modelo de Anderson unidimesional e bidimensional, com correlações na distribuição da desordem. As correlações são introduzidas pelo uso de um método de transformada de Fourier discreta o qual produz uma distribuição de energia nos sítios com uma densidade espectral S(k) α 1/kα. Em uma dimensão, nós estudamos o caso estático e dinâmico, calculando a função de participação ξ e o desvio médio quadrático. Em ambos os casos identificamos regimes distintos de acordo com o grau de correlação α. Para o caso 2d, investigamos o comportamento da flutuação relativa da participação que é usada para monitorar o ponto crítico. Nossos dados numéricos sugerem que o expoente crítico da função de participação governa o colapso dos dados para a flutuação relativa da energia η(E). Encontramos ainda o diagrama de fases que mostra regiões de estados estendidos, críticos e localizados.

Submitted by Célia Mayumi Kuwana (celiamkuwana@hotmail.com) on 2018-05-16T16:10:10Z No. of bitstreams: 1 kuwana_cm_me_rcla.pdf: 1196862 bytes, checksum: 37b452d62ccbc0a6e02de1a013df0849 (MD5) / Rejected by Adriana Aparecida Puerta null (dripuerta@rc.unesp.br), reason: Prezada Célia, O documento enviado para a coleção Instituto de Biociências Rio Claro foi recusado pelo(s) seguinte(s) motivo(s): - Falta a capa, elemento obrigatório, que deve ser inserida antes da folha de rosto no arquivo pdf. - Falta a informação de Aprovada na folha de aprovação, sendo que a folha, deve ser solicitada à Seção de Pós-Graduação e inserida após a ficha catalográfica. O documento enviado não foi excluído. Para revisá-lo e realizar uma nova tentativa de envio, acesse: https://repositorio.unesp.br/mydspace Em caso de dúvidas entre em contato pelo email repositoriounesp@reitoria.unesp.br. Agradecemos a compreensão e aguardamos o envio do novo arquivo. Atenciosamente, Biblioteca Campus Rio Claro Repositório Institucional UNESP https://repositorio.unesp.br on 2018-05-16T17:44:23Z (GMT) / Submitted by Célia Mayumi Kuwana (celiamkuwana@hotmail.com) on 2018-05-17T18:36:34Z No. of bitstreams: 2 kuwana_cm_me_rcla.pdf: 1196862 bytes, checksum: 37b452d62ccbc0a6e02de1a013df0849 (MD5) kuwana_cm_me_rcla.pdf: 1484457 bytes, checksum: 49f6c72467f2a1cd318e79d6f53b0ec8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Aparecida Puerta null (dripuerta@rc.unesp.br) on 2018-05-18T16:28:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kuwana_cm_me_rcla.pdf: 1334658 bytes, checksum: f623f773fd644ffaefb15c97d13db854 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-18T16:28:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kuwana_cm_me_rcla.pdf: 1334658 bytes, checksum: f623f773fd644ffaefb15c97d13db854 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho apresentaremos e discutiremos algumas propriedades dinâmicas para uma família de mapeamentos discretos que preservam a área no espaço de fases nas variáveis momentum, I, e coordenada generalizada, θ. O mapeamento é descrito por dois parâmetros de controle, sendo eles ε, ajustando a intensidade da não linearidade, e γ, um parâmetro que fornece a forma da divergência da variável “θ”no limite em que I → 0. O parâmetro ε controla a transição de integrabilidade, quando ε = 0, para não integrabilidade, no limite em que ε ≠ 0. O objetivo principal deste trabalho é descrever o comportamento das curvas do momentum médio, I_RMS(ε,n), em função de n, a partir de uma função de probabilidade, P(I(n)), de observar um determinado momentum I em um instante n. Para tanto, resolveremos a Equação da Difusão analiticamente, considerando os casos: (i) o momentum inicial nulo, I_0 = 0, e (ii) o momentum inicial não nulo, I_0 ≠ 0. Nossos resultados descrevem bem os resultados fenomenológicos conhecidos na literatura (Physics Letters A, 379: 1808 (2015)). / In this work we will present and discuss some dynamical properties of a family of mappings that preserves area in the phase space for two variables momentum, I, and generalized coordinate, θ. The mapping is controled by two parameters: ε, tunning the intensity of nonlinearity, and γ, that describes the form of divergence of θ when I → 0. The parameter ε defines a transition from integrability, when ε = 0, to nonintegrability, when ε ≠ 0. The main goal of this work is to describe the curves of average momentum, I_RMS(ε,n), in terms of n, from a probability function, P(I(n)), to observe a determined momentum I at an instant n. Therefore, we will solve the Diffusion equation analitically considering the cases: (i) the initial momentum is null, I_0 = 0, and (ii) the initial momentum is nonzero, I_0 ≠ 0. Our results describe well the known phenomenological results in literature (Physics Letters A, 379: 1808 (2015)). / CAPES-DS: 3300413-7.

A turbulência clássica é um fenômeno de natureza caótica, mas de difícil estudo por ser constituída pela fusão e superposição de vórtices aleatórios, dificultando sua descrição matemática. A turbulência quântica (TQ), embora também caótica, é composta por vórtices quantizados, que favorecem o controle experimental e sua definição teórica. Embora a evidência experimental da TQ tenha sido obtida em sistemas de He líquido, sua caracterização em condensados de Bose-Einstein (BEC) ainda não foi totalmente realizada. Neste trabalho, estudamos a distribuição de momento em BECs expandidos em tempo de voo, nos regimes convencional e turbulento. Para a produção experimental da amostra quanticamente degenerada, utilizamos a técnica do resfriamento evaporativo em átomos de 87Rb, previamente resfriados em uma armadilha puramente magnética do tipo QUIC. A turbulência quântica foi produzida no sistema através de um par de bobinas de excitação capaz de produzir uma perturbação oscilatória na nuvem previamente condensada. O diagnóstico da amostra aprisionada é feito por imagem de absorção durante expansão livre da nuvem. Durante a expansão, tanto a nuvem condensada quanto a turbulenta, alcançaram um valor assintótico no aspect ratio, indicando uma evolução isotrópica. A partir deste resultado, elaboramos um método teórico capaz de determinar a projeção isotrópica da distribuição de momento, baseado na imagem produzida experimentalmente. Através de argumentos de simetria e de uma transformada integral, recuperamos a densidade de momento tridimensional da projeção, para então determinar o espectro de energia cinética da nuvem, observando uma lei de escala para um estreito intervalo de momento. A lei de escala já foi prevista teoricamente para sistemas quânticos e medida para o He superfluido, mas pela primeira vez foi evidenciada em um BEC. Desta forma, os resultados corroboram a existência da turbulência quântica em uma amostra quanticamente degenerada, introduzindo os BECs como candidatos alternativos ao He líquido superfluido no estudo deste fenômeno. / Classical turbulence is a chaotic phenomenon that requires labored work, because of its merging and overlapping of random vortices nature, which hinders its mathematical description. Quantum turbulence (QT), although chaotic, is comprised of quantized vortices that favor the experimental control and its theoretical definition. Although experimental evidence of QT has been proved in liquid helium systems, its characterization in Bose-Einstein condensates (BEC) has not been fully accomplished. In this work, we studied the momentum distribution of expanding turbulent and non-turbulent BEC. For experimental achievement of the quantum degenerated sample, we used evaporative cooling in rubidium atoms, previously cooled in a QUIC trap. Quantum turbulence was produced through a pair of excitation coils capable of producing an oscillatory perturbation in the cloud previously condensed. The diagnosis of the trapped sample is done by absorption image during free expansion of the cloud. During the expansion, both clouds achieved a asymptotic value of the aspect ratio, indicating an isotropic evolution. From this result, we have developed a theoretical method able to determine the projection of the isotropic distribution of momentum, based on the image produced experimentally. Through symmetry arguments and an integral transformation, we recovered the tridimensional momentum distribution of the projection and then determined the kinetic energy spectrum of the cloud, observing a scaling power law for a narrow range of momenta. The scaling law has been theoretically predicted for quantum systems and has been proved to liquid helium superfluid, but, in this work, was for the first time evidenced in a BEC. Thus, the results support the existence of quantum turbulence in our quantum degenerated sample, introducing the BECs as potential candidates besides liquid helium superfluid for the study of this phenomenon.

Propomos o estudo do meio desordenado onde a caminhada determinista parcialmente autorrepulsiva (CDPA) é desenvolvida e o estudo da caminhada aleatória autorrepulsiva (SAW) em rede regular. O meio desordenado na CDPA, gerado por um processo Poissônico espacial, é caracterizado pela estatística de vizinhança e de distâncias. A estatística de vizinhança mede a probabilidade de um ponto ser $m$-ésimo vizinho mais próximo de seu $n$-ésimo vizinho mais próximo. A estatística de distâncias mede a distribuição de distância de um ponto ao seu $k$-ésimo vizinho mais próximo. No problema da estatística de distâncias, calculamos a função densidade de probabilidade (pdf) e estudamos os casos limites de alta ordem de vizinhança e alta dimensionalidade. Um caso particular dessa pdf pode verificar se um conjunto de pontos foi gerado por um processo Poissônico. Na SAW em rede regular, um caminhante escolhe aleatoriamente um sítio adjacente para ser visitado no próximo passo, mas é proibido visitar um sítio duas ou mais vezes. Desenvolvemos uma nova abordagem para estudar grandezas conformacionais por meio do produto escalar entre o vetor posição e vetor deslocamento no $j$-ésimo passo: $\\langle\\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}$. Mostramos que para $j=N$ o produto escalar é igual ao comprimento de persistência (projeção do vetor posição na direção do primeiro passo) e que converge para uma constante. Calculamos a distância quadrática média ponta-a-ponta, $\\langle \\vec{R}_{N}^{2}angle_{N}\\sim N^{2 u_{0}}$, como o somatório de $1\\leq j \\leq N$ do produto escalar. Os dados gerados pelo algoritmo de simulação Monte Carlo, codificado em linguagem C e paralelizado em MPI, fornecem o expoente $ u_{0}$ da regra de escala $\\langle \\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}\\sim j^{2 u_{0}-1}$, para $1\\leq j \\leq \\Theta(N)$, próximo ao valor esperado. A partir de $\\Theta(N)\\approx N/2$ para rede quadrada e $\\Theta(N)\\approx N/3$ para rede cúbica, a caminhada torna-se mais flexível devido ao maior número de graus de liberdade disponível nos últimos passos. / We propose the study of disordered media where the deterministic partially self-avoiding walk (DPSW) is developed and the study of self-avoiding random walk (SAW) in regular lattices. The disordered media in the DPSW, generated by a spatial Poissonian process, is characterized by neighborhood and distance statistics. Neighborhood statistics quantifies the probability of a point to be the $m$th nearest neighbor of its $n$th nearest neighbor. Distance statistics quantifies the distance distribution of a given point to its $k$th nearest neighbor. For the distance statistics problem, we obtain the probability density function (pdf) and study the high dimensionality and high neighborhood order limits. A particular case of this pdf can verify if a points set is generated by a Poissonian process. In a SAW in regular lattice, the walker randomly chooses an adjacent site to be visited in the next step, but is forbidden to visit a site two or more times. We developed a new approach to study conformational quantities of SAW by means of the scalar product between the position vector and the displacement vector in the $j$th step: $\\langle\\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}$. We show that for $j=N$ the scalar product is equal to the persistence length (projection of position vector in the direction of the first step) and that converges to a constant. We compute the square end-to-end distance, $\\langle \\vec{R}_{N}^{2}angle_{N}\\sim N^{2 u_{0}}$, as the summation $1\\leq j \\leq N$ of scalar product. The data generated by Monte Carlo simulation algorithm, coded in C language and parallelized in MPI, provides the exponent $ u_{0}$ of the scaling law $\\langle \\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}\\sim j^{2 u_{0}-1}$, for $1\\leq j \\leq \\Theta(N)$, close to the expected value. Starting from $\\Theta(N)\\approx N/2$ for square lattice and $\\Theta(N)\\approx N/3$ for cubic lattice, the walk becomes more flexible due to the large number of degrees of freedom available in the last steps.

Propomos o estudo do meio desordenado onde a caminhada determinista parcialmente autorrepulsiva (CDPA) é desenvolvida e o estudo da caminhada aleatória autorrepulsiva (SAW) em rede regular. O meio desordenado na CDPA, gerado por um processo Poissônico espacial, é caracterizado pela estatística de vizinhança e de distâncias. A estatística de vizinhança mede a probabilidade de um ponto ser $m$-ésimo vizinho mais próximo de seu $n$-ésimo vizinho mais próximo. A estatística de distâncias mede a distribuição de distância de um ponto ao seu $k$-ésimo vizinho mais próximo. No problema da estatística de distâncias, calculamos a função densidade de probabilidade (pdf) e estudamos os casos limites de alta ordem de vizinhança e alta dimensionalidade. Um caso particular dessa pdf pode verificar se um conjunto de pontos foi gerado por um processo Poissônico. Na SAW em rede regular, um caminhante escolhe aleatoriamente um sítio adjacente para ser visitado no próximo passo, mas é proibido visitar um sítio duas ou mais vezes. Desenvolvemos uma nova abordagem para estudar grandezas conformacionais por meio do produto escalar entre o vetor posição e vetor deslocamento no $j$-ésimo passo: $\\langle\\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}$. Mostramos que para $j=N$ o produto escalar é igual ao comprimento de persistência (projeção do vetor posição na direção do primeiro passo) e que converge para uma constante. Calculamos a distância quadrática média ponta-a-ponta, $\\langle \\vec{R}_{N}^{2}angle_{N}\\sim N^{2 u_{0}}$, como o somatório de $1\\leq j \\leq N$ do produto escalar. Os dados gerados pelo algoritmo de simulação Monte Carlo, codificado em linguagem C e paralelizado em MPI, fornecem o expoente $ u_{0}$ da regra de escala $\\langle \\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}\\sim j^{2 u_{0}-1}$, para $1\\leq j \\leq \\Theta(N)$, próximo ao valor esperado. A partir de $\\Theta(N)\\approx N/2$ para rede quadrada e $\\Theta(N)\\approx N/3$ para rede cúbica, a caminhada torna-se mais flexível devido ao maior número de graus de liberdade disponível nos últimos passos. / We propose the study of disordered media where the deterministic partially self-avoiding walk (DPSW) is developed and the study of self-avoiding random walk (SAW) in regular lattices. The disordered media in the DPSW, generated by a spatial Poissonian process, is characterized by neighborhood and distance statistics. Neighborhood statistics quantifies the probability of a point to be the $m$th nearest neighbor of its $n$th nearest neighbor. Distance statistics quantifies the distance distribution of a given point to its $k$th nearest neighbor. For the distance statistics problem, we obtain the probability density function (pdf) and study the high dimensionality and high neighborhood order limits. A particular case of this pdf can verify if a points set is generated by a Poissonian process. In a SAW in regular lattice, the walker randomly chooses an adjacent site to be visited in the next step, but is forbidden to visit a site two or more times. We developed a new approach to study conformational quantities of SAW by means of the scalar product between the position vector and the displacement vector in the $j$th step: $\\langle\\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}$. We show that for $j=N$ the scalar product is equal to the persistence length (projection of position vector in the direction of the first step) and that converges to a constant. We compute the square end-to-end distance, $\\langle \\vec{R}_{N}^{2}angle_{N}\\sim N^{2 u_{0}}$, as the summation $1\\leq j \\leq N$ of scalar product. The data generated by Monte Carlo simulation algorithm, coded in C language and parallelized in MPI, provides the exponent $ u_{0}$ of the scaling law $\\langle \\vec{R}_{j}\\cdot\\vec{u}_{j}angle_{N}\\sim j^{2 u_{0}-1}$, for $1\\leq j \\leq \\Theta(N)$, close to the expected value. Starting from $\\Theta(N)\\approx N/2$ for square lattice and $\\Theta(N)\\approx N/3$ for cubic lattice, the walk becomes more flexible due to the large number of degrees of freedom available in the last steps.