Astronomia

Cosa ha reso le temperature più fredde adatte alla formazione degli atomi?

Cosa ha reso le temperature più fredde adatte alla formazione degli atomi?


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Ho letto in relazione alla teoria del Big Bang che dopo 300.000 anni di Big Bang la temperatura è stata ridotta a 4500 Kelvin e questo ha dato origine alla materia atomica. Quindi, la mia domanda è perché la riduzione della temperatura lo rende adatto alla formazione degli atomi?


La temperatura di un gas è una misura dell'energia cinetica delle particelle. Per le molecole si può avere energia rotazionale e vibrazionale, mentre per i singoli atomi si ha solo energia traslazionale, o "movimento termico". Ad una data temperatura, le particelle non hanno esattamente la stessa energia, ma a distribuzione di energie, e quindi di velocità.

La maggior parte (> 90%) del gas nell'Universo è idrogeno. L'energia necessaria per eliminare l'elettrone (cioè ionizzare) un atomo di idrogeno è 13,6 eV. Per un gas di $T gtrsim 3000,mathrm{K}$, la frazione di particelle con energia sufficiente per ionizzare l'idrogeno è così alta che la maggior parte degli atomi viene ionizzata$pugnale$, cioè scisso in protoni ed elettroni. Questo era il caso all'inizio della storia dell'Universo. Ogni volta che un protone e un elettrone si incontravano e si ricombinavano per formare un atomo neutro, l'elettrone veniva quasi immediatamente respinto di nuovo da una particella ad alta energia (di solito un elettrone, ma potrebbe anche essere un protone o dei fotoni, poiché tutte le particelle erano in " equilibrio termodinamico", cioè condivideva la stessa distribuzione di energie).

Man mano che l'Universo si espandeva, il gas si raffreddava. Ad un certo punto, 380.000 anni dopo il Big Bang, la temperatura era diminuita abbastanza da non essere più possibile mantenere ionizzati gli atomi, quindi in un periodo di tempo piuttosto breve ($sim10^4$ anni), si sono tutti ricombinati. Questa epoca è quindi chiamata l'epoca della ricombinazione.

Fino a quel momento, tutti i fotoni continuavano a diffondersi sugli elettroni liberi. Con gli elettroni "intrappolati" negli atomi, ora potevano fluire liberamente e "disaccoppiarsi". Da allora hanno viaggiato liberamente, ma poiché viaggiano attraverso un Universo in espansione, si spostano verso il rosso lungo la strada. Da allora, l'Universo si è espanso di un fattore di ~1100, e così anche la lunghezza d'onda dei fotoni, tanto che oggi hanno una temperatura di $ 3000,mathrm{K}/1100simeq2.7,mathrm{K }$. Questo è ciò che vediamo come il sfondo cosmico a microonde.


$pugnale$Nel qual caso in linea di principio non sono "atomi", ma un plasma. Tuttavia, in astronomia è abbastanza normale chiamarlo comunque atomi.


Mantenendolo il più semplice possibile.

Più energia c'è, più è difficile per la forza elettromagnetica (relativamente) debole legare gli elettroni ai nuclei (e un atomo è un nucleo con gli elettroni legati ad esso).

Quando c'era più energia, gli elettroni ei nuclei avevano troppa energia per essere legati insieme.

Un modo semplificato di vedere questo è che gli elettroni e i nuclei si stavano semplicemente muovendo velocemente quando erano caldi (la temperatura è correlata all'energia media che è correlata al movimento).


Gli atomi sono formati da nuclei circondati da elettroni, legati dalla forza elettromagnetica; i nuclei sono composti da protoni e neutroni, legati dalla forza nucleare forte; protoni e neutroni sono a loro volta composti da (diversi tipi e quantità di) quark, anch'essi legati dalla forza forte.

All'inizio dell'universo si teorizza che tutte le forze (quelle menzionate più la gravità e la forza nucleare debole) fossero una; quando la temperatura è scesa hanno iniziato a distinguersi. La temperatura, per le particelle, significa energia. Non puoi avere nuclei atomici fino a quando i quark non si legano come protoni e nucleoni e questi a loro volta si legano tra loro, cioè hai bisogno che la forza nucleare forte sia distinta e superi la tendenza delle particelle energetiche ad andare via a caso.

Una volta che la temperatura scende, si formano protoni e neutroni che poi si legano nei nuclei. Gli elettroni sono ancora dispersi, anche se anche la forza elettromagnetica è diventata distinta, perché sono ancora molto energetici e sono continuamente colpiti da altre particelle energetiche, e la forza elettromagnetica è molto, molto debole rispetto alla forza nucleare forte . In questa fase l'universo è un plasma, cioè un brodo di nuclei ed elettroni liberi. (Lo è ancora, per la maggior parte ed escludendo la materia oscura e l'energia oscura, anche se non è così nel nostro piccolo angolo di essa, cioè la Terra.)

Poi la temperatura scende ancora e la forza elettromagnetica, che attrae nuclei con carica positiva verso elettroni con carica negativa, comincia a farsi sentire. A questo punto possono formarsi atomi "regolari" (e una volta che la temperatura è sufficientemente bassa, possono anche legarsi tra loro formando molecole).

Possiamo facilmente forzare nuclei ed elettroni a staccarsi nuovamente usando l'alta temperatura (o altre forme di energia). È piuttosto più costoso smantellare i nuclei (a meno che non siano intrinsecamente instabili, cioè radioattivi, come nel caso dell'uranio), e estremamente difficile da smantellare protoni o neutroni.


Cosa ha reso le temperature più fredde adatte alla formazione degli atomi? - Astronomia

Questa pagina descrive il Processo Haber per la produzione di ammoniaca da azoto e idrogeno, quindi prosegue spiegando le ragioni delle condizioni utilizzate nel processo. Esamina l'effetto della temperatura, della pressione e del catalizzatore sulla composizione della miscela di equilibrio, sulla velocità della reazione e sull'economia del processo.

Importante: Se non sei sicuro dell'utilizzo del Principio di Le Chatelier o dell'effetto del cambiamento delle condizioni sui tassi di reazione, dovresti esplorare questi collegamenti prima di continuare.

Quando stai leggendo questa pagina, se ti accorgi di non capire l'effetto del cambiamento di una delle condizioni sulla posizione di equilibrio o sulla velocità della reazione, torna indietro e segui questi link.

Un breve riassunto del Processo Haber

Il Processo Haber combina l'azoto dell'aria con l'idrogeno derivato principalmente dal gas naturale (metano) in ammoniaca. La reazione è reversibile e la produzione di ammoniaca è esotermica.

Uno schema di flusso per il processo Haber è simile al seguente:

Alcune note sulle condizioni

Il catalizzatore è in realtà leggermente più complicato del ferro puro. Ha idrossido di potassio aggiunto come promotore - una sostanza che ne aumenta l'efficienza.

La pressione varia da un impianto di produzione all'altro, ma è sempre elevata. Non puoi sbagliare molto in un esame che cita 200 atmosfere.

Ad ogni passaggio dei gas attraverso il reattore, solo il 15% circa dell'azoto e dell'idrogeno si converte in ammoniaca. (Questa cifra varia anche da impianto a impianto.) Con il riciclo continuo dell'azoto e dell'idrogeno non reagiti, la conversione complessiva è di circa il 98%.

Spiegare le condizioni

Le proporzioni di azoto e idrogeno

La miscela di azoto e idrogeno che entra nel reattore è nel rapporto tra 1 volume di azoto e 3 volumi di idrogeno.

La legge di Avogadro afferma che volumi uguali di gas alla stessa temperatura e pressione contengono un numero uguale di molecole. Ciò significa che i gas entrano nel reattore nel rapporto di 1 molecola di azoto per 3 di idrogeno.

Questa è la proporzione richiesta dall'equazione.

In alcune reazioni potresti scegliere di utilizzare un eccesso di uno dei reagenti. Lo faresti se è particolarmente importante consumare quanto più possibile dell'altro reagente - se, ad esempio, fosse molto più costoso. Ciò non si applica in questo caso.

C'è sempre un lato negativo nell'usare qualcosa di diverso dalle proporzioni dell'equazione. Se hai un eccesso di un reagente, ci saranno molecole che passano attraverso il reattore che non possono reagire perché non c'è nulla con cui reagire. Ciò spreca lo spazio del reattore, in particolare lo spazio sulla superficie del catalizzatore.

Considerazioni sull'equilibrio

È necessario spostare la posizione dell'equilibrio il più possibile a destra per produrre la massima quantità possibile di ammoniaca nella miscela di equilibrio.

La reazione diretta (la produzione di ammoniaca) è esotermica.

Secondo il principio di Le Chatelier, questo sarà favorito se si abbassa la temperatura. Il sistema risponderà spostando la posizione di equilibrio per contrastarlo, in altre parole producendo più calore.

Per ottenere quanta più ammoniaca possibile nella miscela di equilibrio, è necessaria una temperatura il più bassa possibile. Tuttavia, 400 - 450°C non è una temperatura bassa!

Considerazioni sui tassi

Più bassa è la temperatura che usi, più lenta diventa la reazione. Un produttore sta cercando di produrre quanta più ammoniaca possibile al giorno. Non ha senso cercare di ottenere una miscela di equilibrio che contenga una proporzione molto elevata di ammoniaca se occorrono diversi anni prima che la reazione raggiunga tale equilibrio.

È necessario che i gas raggiungano l'equilibrio entro il brevissimo tempo in cui entreranno in contatto con il catalizzatore nel reattore.

400 - 450°C è una temperatura di compromesso che produce una proporzione ragionevolmente elevata di ammoniaca nella miscela di equilibrio (anche se è solo del 15%), ma in un tempo molto breve.

Considerazioni sull'equilibrio

Nota che ci sono 4 molecole sul lato sinistro dell'equazione, ma solo 2 sulla destra.

Secondo il Principio di Le Chatelier, se si aumenta la pressione il sistema risponderà favorendo la reazione che produce meno molecole. Ciò farà diminuire di nuovo la pressione.

Per ottenere quanta più ammoniaca possibile nella miscela di equilibrio, è necessaria una pressione più alta possibile. 200 atmosfere sono un'alta pressione, ma non sorprendentemente alta.

Considerazioni sui tassi

Aumentando la pressione si avvicinano le molecole. In questo caso particolare, aumenterà le loro possibilità di colpire e aderire alla superficie del catalizzatore dove possono reagire. Maggiore è la pressione, meglio è in termini di velocità di reazione del gas.

Considerazioni economiche

Le pressioni molto alte sono molto costose da produrre su due fronti.

Devi costruire tubi e recipienti di contenimento estremamente resistenti per resistere all'altissima pressione. Ciò aumenta i costi di capitale quando l'impianto viene costruito.

Le alte pressioni costano molto da produrre e mantenere. Ciò significa che i costi di gestione del tuo impianto sono molto elevati.

200 atmosfere è una pressione di compromesso scelta per motivi economici. Se la pressione utilizzata è troppo alta, il costo per generarla supera il prezzo che puoi ottenere per l'ammoniaca prodotta in più.

Considerazioni sull'equilibrio

Il catalizzatore non ha alcun effetto sulla posizione dell'equilibrio. L'aggiunta di un catalizzatore non produce una percentuale maggiore di ammoniaca nella miscela di equilibrio. La sua unica funzione è quella di accelerare la reazione.

Considerazioni sui tassi

In assenza di un catalizzatore la reazione è così lenta che praticamente non avviene alcuna reazione in un momento ragionevole. Il catalizzatore assicura che la reazione sia sufficientemente veloce da creare un equilibrio dinamico entro il brevissimo tempo in cui i gas sono effettivamente nel reattore.

Separare l'ammoniaca

Quando i gas lasciano il reattore sono caldi e ad altissima pressione. L'ammoniaca si liquefa facilmente sotto pressione finché non è troppo calda, e quindi la temperatura della miscela si abbassa abbastanza da trasformare l'ammoniaca in un liquido. L'azoto e l'idrogeno rimangono come gas anche sotto queste alte pressioni e possono essere riciclati.

Domande per testare la tua comprensione

Se questa è la prima serie di domande che hai fatto, leggi la pagina introduttiva prima di iniziare. Dovrai utilizzare il PULSANTE INDIETRO sul tuo browser per tornare qui in seguito.


Fisica e Teoria Fondamentale

1.09.5.2 Materiali termoelettrici

I materiali termoelettrici sono caratterizzati da ZT, cioè mostrano un grande coefficiente di Seebeck, alta conduttività e bassa conduttività termica allo stesso tempo. Tali requisiti sono difficili da soddisfare, perché i tre parametri sono funzioni della concentrazione del vettore, che non possono essere sintonizzati in modo indipendente. Figura 23 mostra schematicamente come i tre parametri dipendano dalla concentrazione del vettore (Snyder e Toberer, 2008). Il coefficiente di Seebeck S diminuisce con la concentrazione del portatore n, mentre la conducibilità σ aumenta. Il primo è proporzionale a – ln n, mentre quest'ultimo è proporzionale a n. Di conseguenza, la concentrazione del vettore assume un valore ottimale per massimizzare il fattore di potenza S 2 . In altre parole, i metalli convenzionali hanno un coefficiente Seebeck molto piccolo, mentre i semiconduttori convenzionali hanno una conduttività molto bassa. Quindi, una concentrazione di portatori ottimale viene valutata come 10 19 –10 20 cm -3 che è una tipica concentrazione di portatori di semiconduttori degeneri. Una volta che la concentrazione del vettore è impostata per essere il valore ottimale, l'unico modo per massimizzare la conduttività è massimizzare la mobilità. Infatti, i materiali termoelettrici all'avanguardia sono semiconduttori ad alta mobilità.

Figura 23. Conducibilità (σ), il coefficiente di Seebeck (S), conducibilità termica (κ), e ZT tracciato in funzione della concentrazione del portatore. Da Snyder GJ e Toberer ES (2008) Materiali termoelettrici complessi. Materiali della natura 7: 105–114.

Nel caso dei semiconduttori degeneri, la conduttività termica reticolare è predominante rispetto alla conduttività termica degli elettroni. La conducibilità termica dell'elettrone è facilmente valutabile dalla conducibilità attraverso la legge di Wiedemann-Franz data dall'Equazione (23) . La conduttività tipica dei materiali termoelettrici è 500–1000 S cm -1 a temperatura ambiente, che corrisponde a κκel = 0,4–0,8 W mK −1 . I buoni materiali termoelettrici mostrano una bassa conduttività termica di 2-3 W mK -1 , quindi è stato un problema centrale come ridurre la conduttività termica del reticolo.

Figura 24 Spettacoli ZT per vari materiali termoelettrici (Mahan, 1997). I materiali termoelettrici finora utilizzati per applicazioni pratiche sono Bi2Te3, PbTe e Si1 − XGeX. Loro mostrano ZT ∼ 1 a temperature ottimali. Il BiSb di tipo n è superiore alle basse temperature, ma non ha una controparte di tipo p. Bi2Te3 mostra le prestazioni più elevate in prossimità della temperatura ambiente e viene utilizzato per i refrigeratori Peltier disponibili in commercio. Il PbTe mostra le prestazioni più elevate vicino a 700-800 K ed è stato utilizzato per generatori di energia termoelettrica operanti a temperature moderatamente elevate. Si e Ge sono materiali termoelettrici scadenti a temperatura ambiente a causa dell'elevata conduttività termica. Una soluzione solida riduce efficacemente la conduttività termica del reticolo e ZT è massimizzato al di sopra di 1200 K. Si1 − XGeX è stato utilizzato per la fonte di elettricità nei veicoli spaziali, in cui il decadimento α del Pu funziona come fonte di calore.

Figura 24. La figura adimensionale del merito ZT per vari materiali termoelettrici. Ristampato da Sorell CC, Sugihara S e Nowotny J (a cura di) (2005) Materiali per dispositivi di conversione dell'energia. Cambridge, Regno Unito: Woodhead Publishing: Figura 13.5 e Narlikar AV (ed.) (2005) Ossidi di cobalto stratificati come materiale termoelettrico in Frontiers in magnetic Materials. pp 327-346. Springer: Berlino: Figura 3 .

Soprattutto, Bi2Te3 è un prototipo di materiale termoelettrico ( Goldsmid et al., 1958). Riflettendo l'elevata mobilità, la resistività è di 1-2 mΩ cm a temperatura ambiente. Diminuisce con la diminuzione della temperatura, mostrando che la concentrazione del portatore è nell'intervallo dei semiconduttori degeneri. Il coefficiente di Seebeck è sostanzialmente lineare in T, indicando che gli elettroni sono degeneri per avere l'energia di Fermi maggiore dell'energia termica. Al di sopra della temperatura ambiente, al contrario, il coefficiente di Seebeck assume un valore massimo e diminuisce all'aumentare della temperatura. Anche la resistività prende un massimo vicino alla stessa temperatura. Questi risultati sono compresi in termini di portatori di minoranza eccitati termicamente. Il coefficiente di Seebeck è 200 μ VK -1 a temperatura ambiente, che dovrebbe dare il massimo ZT a temperatura ambiente. La conduttività termica è 2 W mK -1 a temperatura ambiente, in cui la conduttività termica degli elettroni è valutata dalla legge di Wiedemann-Franz come 20-30% del totale. La bassa conduttività termica deriva dalla bassa velocità del suono dovuta agli atomi pesanti e dalla diffusione dei difetti puntuali dovuta alle soluzioni solide.

Motivato dalla scoperta di Bi2Te3 a metà degli anni '50 furono sintetizzati molti materiali termoelettrici, ma ZT non ha superato l'unità per 30 anni o più. Le situazioni sono cambiate negli anni '90, poiché Slack (1995) ha proposto un concetto di vetro fononico e cristallo di elettroni (PGEC). Quando un atomo è debolmente legato in una gabbia atomica sovradimensionata, vibrerà indipendentemente dall'ospite per causare grandi vibrazioni locali. Questa vibrazione e l'atomo nella gabbia sono chiamati rispettivamente sonaglio e sonaglio. Un composto con tali atomi avrà una cattiva conduzione termica come un vetro e una buona conduzione elettrica come un cristallo, in cui ZT viene valutato essere 3-4 al massimo.

Una manifestazione sperimentale di PGEC è osservata nella skutterudite piena CeXFe3CoSb12 ( I saldi et al., 1997). Questo è il primo esempio univoco di ZT >1, che è un successo prototipico nella ricerca di materiale negli anni '90. La cella unitaria della skutterudite CoSb . non riempita3 consiste delle otto sottocelle i cui angoli sono occupati da atomi di Co. Sei sottocelle delle otto sono piene di abbottonature Sb, formando la banda di valenza. Secondo il calcolo della banda, CoSb3 è un semiconduttore a gap stretto con un gap indiretto di 0,5 eV ( Singh e Pickett, 1994 ), e la mobilità del foro di CoSb3 supera 2000 cm 2 V −1 s −1 a 300 K ( Caillat et al., 1996). Nella skutterudite piena CeFe3CoSb12, le due sottocelle vuote sono riempite con Ce. Per compensare la valenza di carica, agli otto siti di Co vengono sostituiti sei atomi di Fe, poiché il Ce di solito esiste come trivalente. La caratteristica più notevole di questo composto è che gli ioni Ce riempiti riducono la conduttività termica del reticolo di parecchie volte inferiore a quella per la skutterudite CoSb non caricata3 ( I saldi et al., 1997), in cui gli ioni Ce sembrano funzionare come sonagli.

È ancora controverso se il movimento sferragliante si verifichi davvero nella skutterudite piena. Sebbene una modalità fononica localizzata, come la modalità Einstein, sia suggerita dalla misurazione del calore specifico ( Keppens et al., 1998), lo scattering di neutroni mostra che un modo localizzato non è anarmonico ( Viennois et al., 2004). Geometricamente, Ce si trova in un ampio spazio, ma recenti calcoli di banda suggeriscono che gli ioni delle terre rare sono considerevolmente ibridati con anioni adiacenti ( Harima et al., 2002). L'ibridazione è considerata l'origine di proprietà fisiche non convenzionali di questa classe di materiali come la superconduttività in PrCo4Sb12 ( Bauer et al., 2002 ).

Il movimento di tintinnio è più chiaramente osservato nei composti clatrati A6Ga16Ge30 (A = Sr, Ba, Eu) ( Nolas et al., 1998). La struttura cristallina è mostrata in Figura 25 . Gli ioni Ge e Ga formano una rete complicata composta da poliedri con facce condivise. L'angolo di legame Ge-Ge è vicino all'angolo degli orbitali sp 3 (120°), quindi ci si aspetta che le proprietà elettriche siano simili a quelle del Ge cristallino.Esiste un ampio spazio nella gabbia del poliedro, in cui Sr, Ba ed Eu sono pieni fino a scuotere. L'esperimento di diffrazione di neutroni ha rivelato che gli ioni Sr nel composto clatrato hanno un minimo quadruplo nella gabbia e la dinamica del reticolo è anarmonica (Zuric et al., 2004). La conducibilità termica del reticolo è tanto bassa quanto quella del Ge amorfo, essendo molto ridotta rispetto a quella del Ge cristallino ( Nolas et al., 1998). Grazie a questo, ZT raggiunge quasi l'unità ad alta temperatura.

Figura 25. La struttura cristallina del composto clatrato A6Ga16Ge30. I grandi punti corrispondono agli ioni A e gli ioni Ga e Ge formano le gabbie poliedriche a faccia condivisa. Riprodotto da Suekuni K, Avila MA, Umeo K, et al. (2008) Struttura simultanea e sintonizzazione portante del clatrato dimorfico Ba8Ga16Sn30. Revisione fisica B 77: 235119: Figura 1(b) .

Figura 26 mostra la conduttività termica reticolare del composto clatrato Sr6Ga16si30−XGeX ( Suekuni et al., 2007). La conducibilità termica del reticolo diminuisce sistematicamente con l'aumentare del contenuto di Ge, mostrando il massimo at X = 0 e il minimo at X = 30. Ciò indica che il disordine della soluzione solida non domina la conduttività termica. Poiché la dimensione della gabbia è più grande per più grande X, si può concludere che il grado di vibrazione intragabbia di Sr riduce la conduzione termica in questo sistema.

Figura 26. La conduttività termica reticolare del composto clatrato Sr6Ga16si30−XGeX. Le curve tratteggiate sono le curve di adattamento. Riprodotto da Suekuni K, Avila MA, Umeo K e Takabatake T (2007) Controllo delle dimensioni della gabbia delle vibrazioni degli ospiti e della conduttività termica in Sr8Ga16si30−XGeX. Revisione fisica B 75: 195210.

Figura 27 mostra la conducibilità termica tracciata in funzione dello spazio libero ospite per vari composti clatrati ( Suekuni et al., 2008). Lo spazio libero per gli ospiti è definito come Rgabbiarospiterione, dove Rgabbia è il raggio della gabbia, rospite è il raggio covalente dell'atomo della gabbia (Ga, Ge, Sn, Si, ecc.), e rione è il raggio ionico del sonaglio (Sr, Eu, Ba, ecc.). Indipendentemente dagli elementi, la conduttività termica è approssimativamente determinata da questa lunghezza. Questo comportamento universale suggerisce fortemente che il tintinnio può essere controllato in questo sistema.

Figura 27. La conducibilità termica in funzione della spaziatura nel sito di tintinnio. Da Suekuni K, Avila MA, Umeo K, et al. (2008) Struttura simultanea e sintonizzazione portante del clatrato dimorfico Ba8Ga16Sn30. Revisione fisica B 77: 235119.


Definizione delle caratteristiche

Gli acciai ferritici hanno una struttura a grana cubica a corpo centrato (BCC), ma la gamma austenitica degli acciai inossidabili è definita dalla loro struttura cristallina cubica a facce centrate (FCC), che ha un atomo ad ogni angolo del cubo e uno al centro di ogni faccia. Questa struttura dei grani si forma quando alla lega viene aggiunta una quantità sufficiente di nichel, dall'8 al 10% in una lega di cromo standard al 18%.

Oltre ad essere amagnetici, gli acciai inossidabili austenitici non sono trattabili termicamente. Tuttavia, possono essere lavorati a freddo per migliorare la durezza, la forza e la resistenza allo stress. Una ricottura in soluzione riscaldata a 1045° C seguita da tempra o raffreddamento rapido ripristinerà le condizioni originali della lega, inclusa la rimozione della segregazione della lega e il ripristino della duttilità dopo la lavorazione a freddo.

Gli acciai austenitici a base di nichel sono classificati come serie 300. Il più comune di questi è il grado 304, che in genere contiene il 18% di cromo e l'8% di nichel.

L'otto percento è la quantità minima di nichel che può essere aggiunta a un acciaio inossidabile contenente il 18 percento di cromo per convertire completamente tutta la ferrite in austenite. Il molibdeno può anche essere aggiunto a un livello di circa il 2% per il grado 316 per migliorare la resistenza alla corrosione.

Sebbene il nichel sia l'elemento di lega più comunemente utilizzato per produrre acciai austenitici, l'azoto offre un'altra possibilità. Gli acciai inossidabili a basso contenuto di nichel e ad alto contenuto di azoto sono classificati come serie 200. Poiché è un gas, tuttavia, è possibile aggiungere solo quantità limitate di azoto prima che si verifichino effetti dannosi, compresa la formazione di nitruri e porosità da gas che indeboliscono la lega.

L'aggiunta di manganese, anch'essa formatore di austenite, combinata con l'inclusione di azoto consente di aggiungere maggiori quantità di gas. Di conseguenza, questi due elementi, insieme al rame, che ha anche proprietà di formazione di austenite, vengono spesso utilizzati per sostituire il nichel negli acciai inossidabili della serie 200.

La serie 200, nota anche come acciai inossidabili al cromo-manganese (CrMn), è stata sviluppata negli anni '40 e '50 quando il nichel scarseggiava e i prezzi erano alti. Ora è considerato un sostituto economico degli acciai inossidabili della serie 300 che può fornire un ulteriore vantaggio di una migliore resistenza allo snervamento.

I gradi diritti degli acciai inossidabili austenitici hanno un contenuto massimo di carbonio dello 0,08 percento. I gradi a basso tenore di carbonio o gradi "L" contengono un contenuto massimo di carbonio dello 0,03% per evitare la precipitazione del carburo.

Gli acciai austenitici non sono magnetici allo stato ricotto, sebbene possano diventare leggermente magnetici quando lavorati a freddo. Hanno una buona formabilità e saldabilità, oltre a un'ottima tenacità, in particolare a basse temperature o criogeniche. I gradi austenitici hanno anche un basso carico di snervamento e una resistenza alla trazione relativamente elevata.

Sebbene gli acciai austenitici siano più costosi degli acciai inossidabili ferritici, sono generalmente più durevoli e resistenti alla corrosione.


Qual è la teoria delle collisioni dei tassi di reazione?

Quando le molecole si scontrano, possono fare una serie di cose. Lo stesso vale per due oggetti qualsiasi che si incontrano nel mondo reale. Se guidassi alla cieca in un parcheggio cercando di sistemare la tua auto a caso nei parcheggi senza guardare le linee sul marciapiede, avresti una possibilità relativamente piccola di successo nell'allineare correttamente il veicolo. Ma se lo facessi più velocemente, avresti di più totale successi anche se il tuo errore Vota rimasto lo stesso.

Questo è un po' quello che succede quando le molecole dei reagenti si scontrano. Hanno bisogno di scontrarsi per essere abbastanza vicini da interagire, ma mentre questa condizione è necessaria, non è sufficiente. Le molecole devono anche essere in un orientamento ottimale nello spazio per innescare una reazione.

Alla fine, l'effetto della temperatura sulla velocità di reazione è determinato attraverso il suo effetto sulla costante di velocità k, che a sua volta dipende dalla energia di attivazione Eundella reazione in questione. Temperature più elevate vedranno una frazione maggiore di molecole raggiungere questa energia cinetica minima necessaria per avviare la reazione.


Calore e Luce

Dal momento che pensiamo alla luce infrarossa come a qualcosa che ci fa sentire caldi, c'è una connessione tra calore e luce? Sono la stessa cosa?

La vera connessione è che tutto ciò che nell'Universo è caldo emette luce. Questo è vero per le stelle, i pianeti, le persone e persino l'Universo stesso! I fisici chiamano questa luce radiazione del corpo nero. Ogni oggetto nell'Universo, anche uno nero come un pezzo di carbone, emanerà questa luce. Dove questa luce cade nello spettro, tuttavia, dipende dalla temperatura dell'oggetto.

Gli scienziati misurano la temperatura utilizzando la scala di temperatura Kelvin.
0 K - zero assoluto
273 K - l'acqua gela
373 K - l'acqua bolle

Gli oggetti più freddi brillano debolmente alle lunghezze d'onda della luce più lunghe, mentre gli oggetti più caldi brillano più intensamente alle lunghezze d'onda più corte. La temperatura del nostro Sole è di 5.778 K (9.940° F), che è così caldo che emette il massimo splendore alle lunghezze d'onda visibili della luce (circa 0,4 - 0,7 micron). Anche le persone, che sono molto più fredde (310 K, 98° F), brillano anch'esse, ma alla luce infrarossa con una lunghezza d'onda di circa 10 micron. Un micron è un milionesimo di metro.


Riferimenti e collegamenti Web

  1. La vita nell'universo a cura di John Billinham (MIT Press: Cambridge, MA, 1982). Argomenti trattati:
    • L'origine della vita --- evoluzione chimica organica, ruolo dello zolfo e dell'acqua.
    • Ambienti che supportano la vita --- atmosfere, continenti, oceani, stabilità climatica, influenze stellari, orbite planetarie (in sistemi a stella singola e multipla), ruolo dell'ossigeno, rilevamento di pianeti extrasolari.
    • Evoluzione della vita complessa nella galassia --- sintesi proteica, organismi multicellulari, sviluppo dell'intelligenza e della tecnologia, sviluppo della vita altrove nella galassia, chiavi biochimiche, sviluppo delle piante terrestri e ruolo della gravità, come nasce l'homo sapiens e il nostro futuro si adattano all'evoluzione delle teorie della vita intelligente.
    • Rilevabilità delle Civiltà Tecnologiche --- trovare stelle adatte, manifestazioni di civiltà avanzate, strategie di ricerca, intercettazioni e la nostra dispersione radio, piano per SETI.
  2. Scientifico americano Numero di ottobre 1994. Intero numero dedicato alla vita extraterrestre. Argomenti trattati:
    • L'evoluzione dell'universo
    • Gli elementi della terra
    • L'evoluzione della Terra
    • L'origine della vita sulla Terra
    • L'evoluzione della vita sulla Terra
    • La ricerca della vita extraterrestre
    • L'emergere dell'intelligenza
    • Il futuro dell'Homo Sapiens --- Fusione dei circuiti dei nanocomputer con il cervello umano
    • Sostenere la vita sulla Terra
  3. Paolo Patton, I Tre Soli del Centauro nel Rivista di astronomia Gennaio 1982, pp. 6 - 17. Parla delle stelle stesse e anche delle orbite stabili dei pianeti. Quindi discute le zone vitali (``ecosfere''), i possibili tipi di vita intelligente (molto speculativi!) e il Progetto Daedalus e altre astronavi.
  4. La homepage di SETIQuest parla dell'attuale progetto di ricerca di segnali dalla vita intelligente extraterrestre.
  5. La homepage di Berkeley SERENDIP discute di U.C. Il contributo di Berkeley al progetto SETI.
  6. La homepage dell'Istituto SETI.
  7. La mia lista di informazioni sul rilevamento di altri pianeti.

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ultimo aggiornamento: 12 dicembre 1997

(805) 395-4526
Bakersfield College
Dipartimento di Scienze Fisiche
1801 Panorama Drive
Bakersfield, CA 93305-1219


Domande di pensiero

13: [link] mostra un bagliore rossastro attorno alla stella Antares, eppure la didascalia dice che è una nuvola di polvere. Quali osservazioni faresti per determinare se il bagliore rosso è effettivamente prodotto dalla polvere o se è prodotto da una regione H II?

14: Se il bagliore rosso intorno ad Antares è effettivamente prodotto dal riflesso della luce di Antares dalla polvere, cosa ti dice il suo aspetto rosso sulla probabile temperatura di Antares? Cerca il tipo spettrale di Antares nell'Appendice J. La tua stima della temperatura era più o meno corretta? Nella maggior parte delle immagini di questo capitolo, un bagliore rosso è associato all'idrogeno ionizzato. Ti aspetteresti di trovare una regione H II intorno ad Antares? Spiega la tua risposta.

15: Anche se l'idrogeno neutro è l'elemento più abbondante nella materia interstellare, è stato rilevato prima con un radiotelescopio, non con un telescopio a luce visibile. Spiega perchè. (La spiegazione fornita in Analyzing Starlight per il fatto che le linee dell'idrogeno non sono forti nelle stelle di tutte le temperature può essere utile.)

16: I termini H II e H2 sono entrambi pronunciati "H due". Qual è la differenza di significato di questi due termini? Può esistere una cosa come H III?

17: Supponiamo che qualcuno ti abbia detto di aver scoperto H II intorno alla stella Aldebaran. Le crederesti? Perché o perché no?

18: Descrivi lo spettro di ciascuno dei seguenti elementi:

  1. luce delle stelle riflessa dalla polvere,
  2. una stella dietro il gas interstellare invisibile, e
  3. una nebulosa a emissione.

19: Secondo il testo, una stella deve essere più calda di circa 25.000 K per produrre una regione H II. Sia le nane bianche più calde che le stelle O della sequenza principale hanno temperature più alte di 25.000 K. Quale tipo di stella può ionizzare più idrogeno? Perché?

20: Dai commenti nel testo su quali tipi di stelle producono nebulose a emissione e quali tipi sono associati alle nebulose a riflessione, cosa puoi dire delle temperature delle stelle che producono NGC 1999 ([link])?

21: Un modo per calcolare le dimensioni e la forma della Galassia è stimare le distanze delle stelle deboli solo dalla loro luminosità apparente osservata e annotare la distanza alla quale le stelle non sono più osservabili. I primi astronomi a tentare questo esperimento non sapevano che la luce delle stelle è oscurata dalla polvere interstellare. Le loro stime delle dimensioni della Galassia erano troppo piccole. Spiega perchè.

22: Nuove stelle si formano in regioni in cui la densità di gas e polvere è relativamente alta. Supponiamo di voler cercare alcune stelle di recente formazione. Avresti più successo se osservassi a lunghezze d'onda visibili o a lunghezze d'onda infrarosse? Perché?

23: Pensando agli argomenti di questo capitolo, ecco un'analogia con la Terra. Nelle grandi città, puoi vedere molto più lontano nei giorni senza smog. Perché?

24: Le stelle si formano nella Via Lattea al ritmo di circa 1 massa solare all'anno. A questo ritmo, quanto tempo impiegherebbe tutto il gas interstellare della Via Lattea a trasformarsi in stelle se non arrivasse gas fresco dall'esterno? Come si confronta questo con l'età stimata dell'universo, 14 miliardi di anni? Cosa ne deduci da questo?

25: La linea dei 21 cm può essere utilizzata non solo per scoprire dove si trova l'idrogeno nel cielo, ma anche per determinare la velocità con cui si avvicina o si allontana da noi. Descrivi come potrebbe funzionare.

26: Gli astronomi hanno recentemente rilevato la luce emessa da una supernova originariamente osservata nel 1572, che sta raggiungendo la Terra proprio ora. Questa luce è stata riflessa da una nuvola di polvere, gli astronomi chiamano tale luce riflessa "eco di luce" (proprio come il suono riflesso è chiamato eco). Come ti aspetteresti che lo spettro dell'eco luminoso sia paragonabile a quello della supernova originale?

27: Possiamo rilevare l'emissione di 21 cm da altre galassie così come dalla nostra Galassia. Tuttavia, l'emissione di 21 cm dalla nostra Galassia riempie la maggior parte del cielo, quindi di solito vediamo entrambi contemporaneamente. Come possiamo distinguere l'emissione extragalattica di 21 cm da quella proveniente dalla nostra Galassia? (Suggerimento: altre galassie generalmente si muovono rispetto alla Via Lattea.)

28: Abbiamo detto più volte che la luce blu subisce più estinzione della luce rossa, il che è vero per le lunghezze d'onda visibili e più corte. Vale lo stesso per i raggi X? Guarda [link]. La maggior parte della polvere si trova nel piano galattico al centro dell'immagine e il colore rosso nell'immagine corrisponde alla luce più rossa (a bassa energia). Sulla base di ciò che vedi nel piano galattico, i raggi X stanno vivendo una maggiore estinzione a colori più rossi o più blu? Potresti considerare di confrontare [link] con [link].

29: Supponiamo che, invece di essere all'interno della Bolla Locale, il Sole fosse in profondità all'interno di una gigantesca nube molecolare. Come sarebbe il cielo notturno visto dalla Terra a varie lunghezze d'onda?

30: Supponiamo che, invece di essere all'interno della Bolla Locale, il Sole fosse all'interno di una regione H II. Come sarebbe il cielo notturno alle varie lunghezze d'onda?


Vita su Marte

La possibilità che Marte ospiti, o abbia ospitato, la vita ha una ricca storia che risale ai “canali” che alcune persone affermavano di vedere sulla superficie marziana verso la fine del XIX secolo e l'inizio del XX. Con l'alba dell'era spaziale è arrivata la possibilità di affrontare da vicino questa domanda attraverso una progressione di missioni su Marte che sono iniziate con il primo sorvolo riuscito di un veicolo spaziale robotico nel 1964 e hanno portato allo spiegamento della NASA Curiosità rover, atterrato sulla superficie di Marte nel 2012.

Le prime missioni su Marte hanno fornito alcuni indizi sul fatto che l'acqua liquida, uno dei requisiti primari della vita, potrebbe aver fluito un tempo sulla superficie, e le missioni successive hanno rafforzato questa conclusione. I lander Viking della NASA, il cui scopo era quello di cercare direttamente prove di vita su Marte, arrivarono su Marte nel 1976. Gli strumenti di bordo di Viking non trovarono molecole organiche (la sostanza di cui è fatta la vita) e nessuna prova di attività biologica nel marziano suoli analizzati.

Questo risultato non è particolarmente sorprendente perché, nonostante le prove di acqua liquida che scorre in passato, l'acqua liquida sulla superficie di Marte non è generalmente stabile oggi. Su gran parte di Marte, le temperature e le pressioni in superficie sono così basse che l'acqua pura potrebbe congelare o evaporare (a pressioni molto basse, l'acqua bolle a una temperatura molto più bassa del normale). A peggiorare le cose, a differenza della Terra, Marte non ha un campo magnetico e uno strato di ozono per proteggere la superficie dalle dannose radiazioni solari ultraviolette e dalle particelle energetiche. Tuttavia, le analisi del suolo di Viking non dicevano nulla sul fatto che la vita potesse essere esistita nel lontano passato di Marte, quando l'acqua liquida era più abbondante. Sappiamo che l'acqua sotto forma di ghiaccio esiste in abbondanza su Marte, non così in profondità sotto la sua superficie. Il vapore acqueo è anche un costituente dell'atmosfera di Marte.

Dalla visita di Viking, la nostra comprensione di Marte si è approfondita in modo spettacolare. I veicoli spaziali orbitanti hanno fornito immagini sempre più dettagliate della superficie e rilevato la presenza di minerali che potrebbero essersi formati solo in presenza di acqua liquida. Due audaci missioni di superficie, i Mars Exploration Rovers Spirito e Opportunità (2004), seguito dal molto più grande Curiosità Rover (2012), ha confermato questi dati di telerilevamento. Tutti e tre i rover hanno trovato abbondanti prove di una storia passata di acqua liquida, rivelata non solo dalla mineralogia delle rocce che hanno analizzato, ma anche dalla stratificazione unica delle formazioni rocciose.

Curiosità è andato oltre l'evidenza dell'acqua e ha confermato l'esistenza di ambienti abitabili sull'antico Marte. "Abitabile" significa non solo che era presente acqua liquida, ma che anche i requisiti della vita per l'energia e le materie prime elementari avrebbero potuto essere soddisfatti. La prova più evidente di un antico ambiente abitabile proveniva dall'analisi di una roccia a grana molto fine chiamata pietra fangosa, un tipo di roccia diffuso sulla Terra ma sconosciuto su Marte fino al Curiosità trovato (vedi Figura 30.11). La pietra fangosa può dirci molto sugli ambienti umidi in cui si sono formati.

Figura 30.11. Sono mostrati i primi fori praticati dal rover Curiosity Mars della NASA in una pietra di fango, con pali di perforazione "freschi" attorno ai fori. Notare la differenza di colore tra l'antica superficie marziana rossa e la polvere di roccia grigia appena esposta che proveniva dai fori. Ogni foro ha un diametro di circa 0,6 pollici (1,6 cm). (credito: modifica del lavoro di NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Cinque decenni di esplorazione robotica ci hanno permesso di sviluppare un'immagine di come Marte si è evoluto nel tempo. Marte primordiale aveva epoche di condizioni più calde e umide che avrebbero favorito la vita in superficie. Tuttavia, Marte alla fine perse gran parte della sua atmosfera primitiva e l'acqua di superficie iniziò a prosciugarsi. Quando ciò accadde, i serbatoi sempre più piccoli di acqua liquida sulla superficie marziana divennero più salati e più acidi, fino a quando la superficie alla fine non ebbe acqua liquida significativa e fu bagnata dalla dura radiazione solare. La superficie è quindi diventata inabitabile, ma potrebbe non essere così per il pianeta in generale.

Nel sottosuolo potrebbero ancora esistere serbatoi di ghiaccio e acqua liquida, dove le condizioni di pressione e temperatura lo rendono stabile. Ci sono prove recenti che suggeriscono che l'acqua liquida (probabilmente molto salata) può occasionalmente (e brevemente) scorrere in superficie anche oggi. Quindi, Marte potrebbe anche avere condizioni abitabili ai giorni nostri, ma di un tipo molto diverso da quello che normalmente pensiamo sulla Terra.

Il nostro studio su Marte rivela un pianeta con una storia affascinante, che ha visto diminuire la sua capacità di ospitare la vita di superficie miliardi di anni fa, ma forse ha permesso alla vita di adattarsi e sopravvivere in nicchie ambientali favorevoli. Anche se la vita non è sopravvissuta, ci aspettiamo di poter trovare prove di vita se mai avesse preso piede su Marte. Se è lì, è nascosto nella crosta e stiamo ancora imparando come decifrare al meglio questa prova.


Progetti di Master

L'elenco completo dei progetti di Master offerti per il 2020-21 è stato suddiviso per area di ricerca e quindi per supervisore.

Per avere maggiori informazioni sui gruppi di ricerca del Dipartimento, si prega di consultare le pagine di ricerca.

Di seguito è riportato l'elenco completo dei progetti di Master:

Questi progetti sono ideali per gli studenti del Master in Astronomia e del Master in Cosmologia, anche se puoi parlare con il supervisore del progetto se stai studiando un altro corso di Master e hai sufficiente esperienza pertinente.

Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla pagina del loro profilo.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Reliquie primordiali di buchi neri come materia oscura (Rif. CB1)

Se i buchi neri si fossero formati durante l'universo primordiale, potrebbero potenzialmente formarsi con qualsiasi massa, a differenza dei buchi neri che si formano in seguito da stelle collassate. I buchi neri di bassa massa potrebbero evaporare rapidamente a causa della radiazione di Hawking e lo stato finale di questa evaporazione è sconosciuto. È possibile che i buchi neri lascino una reliquia (con una massa presumibilmente paragonabile alla massa di Planck), e tali reliquie di massa di Planck sono uno dei tanti candidati alla materia oscura.

L'obiettivo di questo progetto è prima di riassumere gli argomenti a favore e contro l'esistenza di relitti di buchi neri, e quindi studiare modelli dell'universo primordiale che potrebbero dare origine all'esistenza di tali reliquie di buchi neri. Quanta messa a punto è necessaria affinché la densità della reliquia sia uguale alla densità della materia oscura e quali tipi di osservazioni potrebbero essere in grado di rilevare o escludere l'esistenza di reliquie di buchi neri? Consiglio vivamente a tutti gli studenti che seguono questo progetto di seguire i moduli di cosmologia e cosmologia avanzata. GR è anche un modulo consigliato. Questo impegnativo progetto richiederà un buon livello di abilità matematiche/analitiche.

Vincolare lo scenario inflazionistico della curvaton (Rif. CB2)

La maggior parte dei cosmologi ritiene che durante l'Universo primordiale si sia verificata un'epoca di inflazione, che è un periodo di espansione accelerata durante il quale le perturbazioni della meccanica quantistica stabiliscono le condizioni iniziali per le perturbazioni osservate oggi nell'universo, agendo come i semi di stelle e galassie. Non si sa molto di questo periodo di inflazione oltre al fatto che le perturbazioni generate devono corrispondere alle proprietà statistiche osservate delle perturbazioni di temperatura osservate nel fondo cosmico a microonde, ad esempio utilizzando il satellite Planck.

Le osservazioni sono coerenti con un singolo campo scalare che ha generato le perturbazioni oltre ad aver portato all'epoca dell'inflazione, ma i dati sono coerenti anche con modelli più complicati come lo scenario della curvaton, in cui la curvaton genera le perturbazioni iniziali e un campo di inflazione separato è responsabile di causare l'inflazione. Lo scenario curvaton è un classico esempio di inflazione multicampo.

Il primo obiettivo di questo progetto è riassumere le differenze tra inflazione a campo singolo e multicampo, in termini di teoria e osservabili. L'obiettivo principale è calcolare come i più recenti vincoli osservativi sull'universo primordiale vincolano lo scenario della curvatura e studiare come le osservazioni future potrebbero essere in grado di rilevare o escludere la curvatura come responsabile dell'origine di tutte le strutture.

Consiglio vivamente a tutti gli studenti che seguono questo progetto di seguire i moduli di cosmologia e cosmologia avanzata. QFT è anche un modulo consigliato. Questo progetto richiederà un buon livello di abilità matematico/analitiche e sarebbero utili anche abilità numeriche.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Ricerca di gruppi di galassie in caduta su ammassi di galassie massicci (Rif. PG1)

Gli ammassi di galassie sono i più grandi oggetti gravitazionalmente legati nell'Universo e la crescita degli ammassi di galassie è una sonda sensibile e potente della cosmologia. Gli ammassi di galassie si formano attraverso la fusione di sistemi di massa inferiore, noti come gruppi di galassie, e continuano a crescere attraverso il continuo accrescimento di questi gruppi. Le osservazioni a raggi X di gruppi di galassie forniscono l'opportunità di confermare la presenza di un sistema di gruppi. Tuttavia, lo studio dei gruppi in caduta è ostacolato a causa della loro massa inferiore, e quindi della minore luminosità della superficie dei raggi X. In questo progetto cercherai gruppi di galassie usando dati ottici e studierai questi gruppi nella periferia degli ammassi attraverso l'impilamento di dati a raggi X.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Firme osservative della Reionizzazione Cosmica (Rif. II1)

Dopo il caldo Big Bang l'Universo si espanse e si raffreddò, trasformando infine il brodo primordiale di particelle in un mare di gas neutro, dando inizio ai "Secoli Oscuri" cosmici. La luce prodotta dalle Prime Stelle ha gradualmente ionizzato di nuovo l'universo e ha posto fine ai secoli bui. Questa transizione, chiamata Reionizzazione Cosmica, ebbe profondi effetti sulla formazione e sul carattere delle prime strutture cosmologiche e lasciò profonde impressioni sulla successiva formazione di galassie e stelle. All'interno di questo progetto analizzeremo i risultati delle simulazioni all'avanguardia di questo processo per dedurre le caratteristiche osservabili prodotte dalle prime strutture e rilevabili dall'attuale generazione di grandi strutture di osservazione dedicate come il radioinferometro LOFAR.

Proprietà di aloni e strutture di grandi dimensioni (Rif. II2)

Le disomogeneità di piccola densità rimaste dal periodo di rapida espansione iniziale dell'universo crebbero gradualmente sotto la forza di gravità e alla fine formarono le galassie e le strutture su larga scala che vediamo oggi. All'interno di questo progetto utilizzeremo i risultati di simulazioni numeriche di N-corpi all'avanguardia su supercomputer, alcuni dei quali tra i più grandi mai eseguiti fino ad oggi, per comprendere questo processo. In particolare, studieremo l'evoluzione non lineare delle strutture - clustering, sottostrutture e proprietà interne di aloni di materia oscura galattica e di cluster, distorsioni del redshift-spazio e altro. Confronteremo queste caratteristiche con i dati delle rilevazioni di grandi galassie per ricavare i parametri fondamentali che descrivono l'universo in cui viviamo.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Ottimizzazione numerica per algoritmi di evoluzione del primo universo (Rif. AL1)

Molti risultati numerici in cosmologia derivano dall'integrazione di equazioni simili a Bessel, in genere evolvendo simultaneamente un ampio insieme di centinaia di equazioni. Questo progetto è rivolto alle persone interessate a un progetto computazionale, per indagare su come sfruttare al meglio SIMD e tecniche di vettorizzazione simili per accelerare questi calcoli. Nello specifico, un linguaggio relativamente nuovo chiamato Julia rende la scrittura di codice vettorizzato relativamente facile, e questo progetto è quello di testare se il suo utilizzo può far risparmiare tempo di calcolo significativo e sviluppare un codice ottimizzato prototipo. Se c'è tempo, questo potrebbe portare a riscrivere un codice cosmologico CMB ampiamente utilizzato in Julia, incorporando le nuove tecniche di ottimizzazione.

Per ulteriori informazioni sul progetto elencato di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo dei supervisori.

Analisi computazionale per spettroscopia elettronica planetaria (Rif GL1)

Comprendere le interazioni tra gli elettroni incidenti e un rivelatore di radiazioni a semiconduttore è cruciale per la spettroscopia elettronica, poiché consente l'analisi quantitativa degli spettri elettronici accumulati e quindi la determinazione dell'ambiente elettronico (ad esempio l'ambiente europeo o l'ambiente di radiazione solare sulle comete). In questo progetto computazionale, gli elettroni che interagiscono con diverse strutture di rivelatori di radiazione a semiconduttore a banda larga saranno simulati nel programma CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids). Le traiettorie degli elettroni risultanti verranno quindi analizzate con MATLAB e verrà identificata l'energia degli elettroni depositata nella regione attiva del rivelatore. L'enfasi sarà data nello studio degli effetti sia dell'angolo di incidenza dell'elettrone relativo alla faccia del rivelatore sia di quello della dimensione finita del rivelatore rispetto agli spettri di elettroni che si prevede vengano rilevati.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Un catalogo alone per l'indagine GAMA (Rif. JL1)

L'indagine Galaxy and Mass Assembly (GAMA http://www.gama-survey.org/) fornisce una spettroscopia altamente completa su tre campi equatoriali. Un prodotto ampiamente utilizzato di questa indagine è un catalogo di gruppi di galassie (Robotham et al 2011, MNRAS, 416, 2640), definito utilizzando un algoritmo di amici degli amici, che fornisce un'identificazione affidabile di gruppi ricchi con cinque o più membri. L'obiettivo di questo progetto è costruire un catalogo di aloni alternativo, sulla falsariga di Munoz-Cuartos e Muller (2012, MNRAS, 423, 1583), che includa sistemi a ricchezza molto inferiore, estendendo così ampiamente gli studi sulla relazione tra galassie e gli aloni di materia oscura che li ospita.

Preparazione per i rilevamenti di galassie 4MOST (Rif. JL2)

Il progetto Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST https://www.4most.eu/cms/) di 4 metri effettuerà una serie di rilievi galattici ed extra-galattici.

In questo progetto analizzerai finti cataloghi di bersagli che sono stati eseguiti attraverso il simulatore di struttura 4MOST (4FS) che imita il processo di osservazione, in cui alcuni obiettivi verranno mancati o altrimenti falliti.

Valuterai quindi quanto bene le statistiche del catalogo target, come le funzioni di luminosità delle galassie, le funzioni di massa stellare e le funzioni di correlazione, possono essere recuperate dalle osservazioni simulate. Tale lavoro è vitale per verificare la strategia di osservazione e le funzioni di selezione per il progetto 4MOST.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

L'indagine extragalattica a più livelli Herschel: HerMES (Rif. SO1)

La formazione delle stelle nell'Universo lontano è un processo solitamente avvolto nella polvere. Questa polvere oscura la luce delle giovani stelle che viene assorbita e riemessa sotto forma di radiazione infrarossa o submillimetrica. Questo processo è così significativo che metà di tutta la luce ricevuta oggi dalle galassie lontane viene vista a queste lunghe lunghezze d'onda. Pertanto, la comprensione della formazione stellare oscurata è fondamentale per comprendere l'evoluzione delle galassie e finora è molto impegnativa. L'Agenzia spaziale europea (ESA) ha recentemente condotto un'importante missione &euro1B, Herschel, per studiare la formazione stellare oscurata. Il più grande progetto su Herschel è mappato HerMES

400 gradi quadrati del cielo ed è guidato nel Sussex dal Prof. Oliver. Questo progetto ha già scoperto centinaia di migliaia di galassie lontane e oscurate (rispetto a circa 2000 prima di Herschel). Il tuo progetto contribuirebbe a HerMES, sia nella modellazione teorica delle popolazioni di galassie che troviamo sia nell'elaborazione e nell'analisi osservative dei dati di Herschel e di altri telescopi che osservano le galassie di Herschel.

Prof Kathy Romer - non disponibile 2021/22

SI PREGA DI NOTARE CHE IL PROF ROMER NON È DISPONIBILE PER LA DIREZIONE DEL PROGETTO IN 21/22.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Ammassi di galassie come sonde cosmologiche e laboratori astrofisici: avvalendosi delle ultime rilevazioni a raggi X e ottiche (Ref. KR1)

Gli ammassi di galassie offrono una finestra unica sull'universo. Essendo i più grandi oggetti collassati nei cieli, possono essere usati per sondare la cosmologia in vari modi. Inoltre, ospitano una serie di complessi processi astrofisici e sono la chiave per svelare misteri come l'evoluzione delle galassie. L'XMM Cluster Survey (XCS) è un progetto internazionale guidato dal Sussex (

20 scienziati) che ha scoperto più ammassi luminosi di raggi X rispetto a qualsiasi altra indagine precedente. Questo progetto leader a livello mondiale è maturo per lo sfruttamento scientifico, con migliaia di cluster disponibili per l'analisi individuale o di insieme. L'obiettivo finale dell'XCS è vincolare i modelli di Energia Oscura, ma uno studente sarebbe in grado di scegliere tra una varietà di diverse applicazioni scientifiche e di analisi. Lo studente sarebbe anche in grado di prendere parte al molto più grande (

500 scienziati) Dark Energy Survey (DES) - un progetto ottico che mira a rilevare fino a 100 volte più ammassi di XCS utilizzando la firma della galassia sulla densità. Gli studenti di Master nel gruppo di Romer hanno l'opportunità di lavorare su progetti relativi a XCS o DES (o entrambi). Gli studenti con il desiderio di passare al dottorato e l'esperienza di programmazione sono particolarmente benvenuti (se non hai un background di programmazione, inizia a insegnare a te stesso Python prima di arrivare).

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Valutazione automatizzata delle funzioni di correlazione della struttura su larga scala (Rif. DS1)

Nel prossimo decennio, i progressi nella cosmologia dell'universo primordiale saranno guidati dai dati provenienti da rilevamenti di galassie su larga scala come Euclid, DESI e LSST. Per utilizzare queste informazioni, i teorici devono utilizzare i loro modelli per fornire previsioni per osservabili di indagine galattica (tipicamente funzioni di correlazione o le loro controparti nello spazio di Fourier) con una precisione adeguata. Una possibilità è quella di utilizzare la "teoria della perturazione standard" (o "SPT"), che è approssimativamente l'equivalente in cosmologia dei calcoli del diagramma di Feynman nella fisica delle particelle.

Lo svantaggio dei metodi di Feynman è che, man mano che il calcolo diventa più accurato, richiedono la valutazione di un numero molto elevato di diagrammi. Peggio ancora, per ottenere la massima informazione (soprattutto per gravità modificata) spesso desideriamo lavorare nello 'spazio redshift', che introduce nuove dipendenze angolari che rendono tutto più complicato. Oltre un certo punto il calcolo manuale diventa del tutto impraticabile. Nella fisica delle particelle questo problema è stato risolto utilizzando una suite di pacchetti software per automatizzare i calcoli e ora è richiesto qualcosa di simile in cosmologia. Abbiamo sviluppato uno strumento prototipo per calcolare le funzioni di correlazione SPT fino a un loop, che stiamo utilizzando per valutare lo spettro di potenza a un loop di aloni polarizzati nello spazio del redshift.

In un modello gravitazionale modificato il bispettro (una misura delle correlazioni a tre punti) può essere un discriminante più sensibile, ma è poco esplorato a causa dei lunghi calcoli che sono stati tradizionalmente coinvolti. In questo progetto adatterai il nostro software per calcolare la piena dipendenza angolare del bispettro spaziale del redshift (inizialmente a livello dell'albero, poi a un ciclo se le cose vanno bene), in LambdaCDM e alcuni modelli di gravità modificati.

Avrai bisogno di conoscere la formazione delle strutture nell'universo primordiale e la soluzione perturbativa delle equazioni che la descrivono. Dovrai anche imparare come convertire queste soluzioni in previsioni per le proprietà statistiche che possono essere misurate in indagini realistiche. L'estrazione della dipendenza angolare richiede alcune sofisticazioni matematiche con funzioni speciali. Probabilmente scoprirai che questo progetto integra fortemente il corso Advanced Cosmology. Dal punto di vista della programmazione, i nostri codici sono scritti in C++ e quindi avrai un vantaggio se hai già familiarità con questo linguaggio.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Lente gravitazionale debole in cosmologia (Rif. RS1)

In questo progetto esploreremo come la tecnica della lente gravitazionale debole può essere utilizzata per studiare la distribuzione di massa nell'Universo. In particolare esamineremo le cosiddette statistiche di massa di apertura per testare le proprietà statistiche della materia oscura. Inoltre, cercheremo di costruire migliori previsioni teoriche per il segnale proveniente dalle strutture cosmiche su larga scala.

Costruzione del passato cono di luce delle galassie in una simulazione di N-corpi (Rif. RS2)

In questo progetto esploreremo quanto bene si possa determinare il passato cono di luce delle particelle di materia oscura e degli aloni di materia oscura usando simulazioni a N-corpi delle strutture su larga scala. L'obiettivo sarà quello di ricostruire le linee del mondo di particelle e aloni e di interpolarle tra le istantanee.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore

Realizzazione di galassie - simulazioni idrodinamiche (Rif. PT1)

La formazione delle galassie è uno dei problemi in sospeso dell'astrofisica contemporanea. Comprendiamo come la materia oscura collassi sotto la sua stessa gravità per formare piccoli grumi che gradualmente si uniscono per formare aloni galattici sempre più grandi. Tuttavia, i modelli più semplici di come si formano le galassie all'interno di questi aloni danno proprietà che non sono affatto d'accordo con le osservazioni. Sembra che abbiamo bisogno di enormi quantità di feedback di energia da supernovae (stelle che esplodono) e nuclei galattici attivi (buchi neri supermassicci). Stiamo intraprendendo una serie di simulazioni (FLARES) per indagare su questo con un'enfasi particolare qui a Sussex sulle prime galassie formate nell'epoca della reionizzazione (redshift 6 e superiori).

Questo progetto estenderà gli script di analisi dei dati per indagare su nuovi aspetti dei dati al fine di sfruttare o fare previsioni per osservazioni all'avanguardia. Lavorerai con i più recenti dati di osservazione provenienti da rilevamenti di grandi galassie come SDSS (il Sloan Digital Sky Survey) o GAMA (il rilevamento multi-lunghezza d'onda di Galaxy and Mass Assembly) e simulazioni del Vigo Supercomuting Consortium, incluse le simulazioni EAGLE e il FLARES guidati dal Sussex. I progetti richiederanno di lavorare con script Python per leggere e visualizzare i dati, scrivere nuovi script e/o miglioramenti significativi di quelli esistenti. Introduzione. Carta FLARES: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020arXiv200407283L/abstract

La formazione delle galassie è uno dei problemi irrisolti dell'astrofisica contemporanea. Comprendiamo come la materia oscura collassi sotto la sua stessa gravità per formare piccoli grumi che gradualmente si uniscono per formare aloni galattici sempre più grandi. Tuttavia, i modelli più semplici di come si formano le galassie all'interno di questi aloni danno proprietà che non sono affatto d'accordo con le osservazioni. Sembra che abbiamo bisogno di enormi quantità di feedback di energia da supernovae (stelle che esplodono) e nuclei galattici attivi (buchi neri supermassicci). Le simulazioni della formazione di galassie sono agli inizi e non possono ancora riprodurre una popolazione di galassie realistica. Invece, sono stati fatti grandi progressi usando modelli semi-analitici per la crescita delle galassie all'interno degli aloni di materia oscura.

Questo progetto può essere impostato su una varietà di livelli a seconda dell'esperienza dello studente, ma comporterà l'adattamento di un modello semi-analitico esistente (L-Galassie) per cercare di riprodurre meglio le osservazioni e/o fornire una maggiore comprensione dei processi che governano la galassia formazione.Lavorerai con gli ultimi dati osservativi provenienti da rilevamenti di grandi galassie come SDSS (il Sloan Digital Sky Survey) o GAMA (il rilevamento multi-lunghezza d'onda Galaxy And Mass Assembly) e le simulazioni del Vigo Supercomuting Consortium. Tutti i progetti richiederanno l'utilizzo di script Python per leggere e visualizzare i dati. Possono anche richiedere la modifica del codice C e la riesecuzione dei modelli per generare nuovi set di dati. Il modello L-Galaxies: https://lgalaxiespublicrelease.github.io

Per ulteriori informazioni sul progetto elencato di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo dei supervisori.

63NI e modelli di spettri beta-particellari (elettroni) e studio degli effetti dell'autoassorbimento (Rif. MW1)

Gli spettri di elettroni risultanti da una sorgente di radioisotopi 63Ni vengono spesso utilizzati per studiare le prestazioni di spettrometri di elettroni prototipo che potrebbero essere adatti per future missioni di scienze spaziali. Tali indagini richiedono che la sorgente di radioisotopi 63Ni e gli spettri degli elettroni emessi siano ben caratterizzati e compresi. Un aspetto che ha un impatto significativo sugli spettri degli elettroni emessi è lo spessore della stessa sorgente di radioisotopi 63Ni.
In questo progetto verrà studiata la relazione tra lo spessore della sorgente di radioisotopi 63Ni e il suo effetto sugli spettri degli elettroni emessi. Il lavoro includerà la modellazione computazionale Monte Carlo utilizzando CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids), l'analisi dettagliata utilizzando MATLAB e lo sviluppo di un modello che calcola gli spettri di elettroni emessi per una sorgente di radioisotopi 63Ni di un dato spessore.

La First Light and Reionization Epoch Simulation (FLARES) è una suite di simulazioni idrodinamiche dell'Universo primordiale progettata per essere abbinata ai vincoli osservativi dell'imminente Webb Telescope, Euclid Satellite e Square Kilometer Array. In questo progetto utilizzerai FLARES per fare previsioni per uno di questi progetti. Questo progetto comporterà la familiarità con le simulazioni di formazione di galassie all'avanguardia e gli osservatori imminenti.

Fisica Atomica, Molecolare e Ottica

Questi progetti sono ideali per gli studenti del Master in Fisica e MSc Frontiers of Quantum Technology, anche se sei invitato a parlare con il supervisore del progetto se stai studiando un altro corso di Master e hai sufficiente esperienza pertinente.

Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla pagina del loro profilo.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore. NOTA BENE IL PROF GARRAWAY NON È DISPONIBILE PER LA DIREZIONE DEI PROGETTI NEL 17/18.

Decadimento dei sistemi quantistici (Rif. BG1)

Ci sono due scelte di progetto qui che guardano alle questioni nel tema della decoerenza, o il decadimento dei sistemi quantistici. Nel primo progetto esaminerai come un sistema quantistico accoppiato a un ambiente può essere inteso come un sistema accoppiato a una catena di oscillatori quantistici. Questo è stato di recente interesse per la comprensione della fotosintesi. Il progetto modellerà un sistema semplice utilizzando la catena ed esaminerà come l'eccitazione viaggia lungo la catena. Nel secondo progetto sarà realizzato un modello di un sistema quantistico a tre risonanze, che pone interessanti problematiche per semplici rappresentazioni e approssimazioni al sistema a causa delle interferenze.

Controllo di atomi freddi con reticoli elettromagnetici (Rif. BG2)

Gli atomi ultrafreddi e i BEC hanno il potenziale per rivoluzionare la tecnologia, ad esempio, dell'interferometria, del rilevamento della rotazione e della gravimetria. Il miglioramento di questa tecnologia richiede nuovi tipi di trappole atomiche in fase di progettazione e costruzione. Questo progetto di teoria esaminerà i metodi per espellere gli atomi dalle loro trappole e in particolare esaminerà l'uso di reticoli elettromagnetici (come le onde stazionarie) per creare distribuzioni di quantità di moto dagli atomi freddi (cioè un divisore di fascio per gli atomi).

Atomi freddi nelle trappole rf (Rif. BG3)

In questo progetto esaminerai il comportamento degli atomi freddi in trappole ibride composte da campi magnetici ed elettromagnetici. È possibile eseguire la modellazione degli esperimenti. Di particolare interesse sono i potenziali a doppio pozzo che portano ad applicazioni nell'interferometria delle onde di materia. (La capacità di calcolo è essenziale.)

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Tecnologia ionica quantistica

La teoria quantistica può avere potenti applicazioni grazie alla possibilità di implementare nuove tecnologie quantistiche come il computer quantistico. Mentre un tale dispositivo potrebbe avere applicazioni di sicurezza commerciale e nazionale molto importanti a causa dell'esistenza di algoritmi di fattorizzazione quantistica, la sua esistenza rivoluzionerebbe la scienza moderna consentendo vere simulazioni quantistiche di sistemi che possono essere modellati in modo classico solo in modo insufficiente a causa di una limitazione di principio dell'attuale tecnologia informatica. I recenti sviluppi nella tecnologia di intrappolamento ionico mostrano che dovrebbe essere possibile costruire un computer quantistico con ioni intrappolati. Nel gruppo Ion Quantum Technology del Sussex, siamo in procinto di costruire un computer quantistico elementare, uno sforzo che avrà sede nel Sussex ma includerà collegamenti a strutture di nanofabbricazione, gruppi di intrappolamento ionico e teorici in tutto il mondo. (Ulteriori informazioni, incluso un tour virtuale del laboratorio, sono disponibili all'indirizzo: http://www.sussex.ac.uk/physics/iqt/ )

Raffreddamento di ioni itterbio mediante laser e microonde (Rif. WH1)

L'intrappolamento di singoli atomi viene descritto come uno degli esperimenti più impegnativi della fisica atomica. Questo progetto include un lavoro sperimentale nell'intrappolamento e nel raffreddamento di singoli ioni verso la realizzazione di un computer quantistico a trappola ionica. Questo progetto comprende sia parti teoriche che sperimentali. Imparerai a conoscere il raffreddamento laser e microonde degli ioni itterbio. Il gruppo IQT è recentemente riuscito a raffreddare gli ioni allo stato fondamentale della meccanica quantistica utilizzando le microonde, una novità mondiale. Lavorerai su questo esperimento e studierai modi per migliorare ulteriormente questo metodo e per estenderlo a più ioni, un prerequisito per molti esperimenti. Imparerai anche come allineare i laser sulla trappola ionica, utilizzare uno schema di blocco laser e gestire un complicato sistema di imaging.

Stabilizzazione di una configurazione di computer quantistico con trappola ionica itterbio (Rif. WH2)

Il gruppo IQT sta sviluppando un computer quantistico basato su ioni itterbio intrappolati che richiede una moltitudine di componenti innovativi per essere stabilizzati e protetti dal rumore esterno. Ciò include sistemi laser speciali e configurazioni per la generazione di microonde ad alta potenza. Come parte di questo progetto imparerai a conoscere le fonti di rumore rilevanti in laboratorio e studierai i metodi ottimali per proteggerti. Imparerai anche a conoscere i laser e le configurazioni per la generazione di microonde e come stabilizzarli al meglio &lsquoattivamente. Per raggiungere questo obiettivo, progetterai, costruirai e programmerai configurazioni di bloccaggio altamente efficienti basate su FPGA che costituiranno la base dei nostri esperimenti di calcolo quantistico che includono la generazione efficiente di entanglement ad alta fedeltà e rilevamento dello stato.

Chip di ioni avanzati (Rif. WH3)

Affinché il calcolo quantistico su larga scala possa avvenire, è necessario progettare array di trappole ioniche su larga scala che consentano l'esecuzione di operazioni di archiviazione, trasferimento e entanglement ottimali. Gli array sono costruiti all'interno di un microchip integrato. In questo progetto studierai come aggiungere funzionalità avanzate ai chip ionici come elaborazione del segnale digitale, cavità su chip, connessioni in fibra insieme a resistori e condensatori su chip. Inoltre, elaborerai ricette per l'applicazione delle microonde sul chip e l'implementazione di gradienti di campo magnetico. Identificherai importanti questioni nella nanofabbricazione di trappole ioniche e affronterai tali sfide con i progressi nella fisica della materia condensata.

Trasferimento di ioni intrappolati all'interno di array (Rif. WH4)

Nel nostro gruppo sviluppiamo array avanzati di trappole ioniche su un chip. Per trasportare ioni attraverso una tale serie di elettrodi, il movimento dello ione deve essere attentamente controllato. Questo progetto studia come gli ioni possono essere accuratamente trasportati in un tale array di trappole ioniche senza modificare il loro stato quantico di movimento. Studierai modi ottimali per trasportare singoli ioni e svilupperai sequenze di tensione che vengono applicate a più elettrodi per spostare gli ioni lungo una linea, trasportarli attraverso una giunzione o ioni separati che fanno parte di una stringa di ioni.

Creazione di entanglement (Rif. WH5)

La tecnologia quantistica, in particolare l'informatica quantistica, si basa sulla capacità di intrappolare gli ioni. L'entanglement è stato definito da Einstein "spooky" ed è una delle previsioni più controintuitive della fisica quantistica. In Sussex abbiamo sviluppato un metodo scalabile per creare entanglement usando le microonde. Questo progetto può comportare un po' di teoria, programmazione e lavoro sperimentale. Valuterai come aumentare la fedeltà del gate di entanglement al fine di ridurre i tassi di errore all'interno delle operazioni di calcolo quantistico.

Simulazioni quantistiche con ioni intrappolati (Rif. WH6)

Richard Feynman è stato il pioniere dell'idea che invece di provare a simulare sistemi quantistici con computer classici, è molto più efficiente utilizzare un sistema quantistico che può essere controllato in laboratorio per simulare un altro sistema quantistico che si vorrebbe capire. Esiste una vasta gamma di possibili simulazioni quantistiche che possono essere eseguite utilizzando ioni intrappolati da tutte le aree della fisica, inclusi gli effetti della teoria della relatività speciale di Einstein, il meccanismo di Kibble-Zurek, i momenti di creazione di particelle dopo il big bang e complessi fenomeni a molti corpi come la biologia quantistica e la chimica quantistica. Lo scopo di questo progetto è analizzare e sviluppare ulteriormente proposte teoriche per simulazioni quantistiche e condurre i corrispondenti esperimenti utilizzando ioni intrappolati nel Sussex.

Sviluppo di un sensore quantistico portatile (Rif. WH7)

I sensori costituiscono una parte importante della tecnologia quotidiana e possono essere trovati anche nei moderni telefoni cellulari. Le applicazioni sono infinite ed è in corso uno sforzo continuo per migliorarne la sensibilità. Un sensore quantistico utilizza gli effetti "strani" della meccanica quantistica per fornire un cambio di passo nella sensibilità ottenibile ed è visto come una delle tecnologie quantistiche più promettenti da commercializzare nel prossimo futuro. Il gruppo IQT sta lavorando allo sviluppo di un magnetometro portatile basato su trappola ionica che può essere utilizzato per rilevare i campi magnetici con una sensibilità senza pari. All'interno di questo progetto familiarizzerai con il funzionamento di un sensore quantistico. Per sviluppare un sensore quantistico portatile, un esperimento che riempie un intero laboratorio deve essere ridotto alle dimensioni di una scatola da scarpe. Imparerai a conoscere i componenti principali che compongono il nostro magnetometro a trappola ionica e svilupperai modi per ridurne significativamente le dimensioni. Ciò includerà lo sviluppo di sistemi laser e vuoto miniaturizzati.

Comunicare la tecnologia quantistica (Rif. WH8)

Un famoso fisico quantistico una volta proclamò che gli unici fisici che capiscono la fisica quantistica sono quelli che sanno di non capirla. All'interno di questo progetto analizzerai i fattori che portano alla difficoltà di ottenere una comprensione intuitiva della fisica quantistica. Una volta che questi fattori saranno chiari, elaborerai strategie per aggirare tali problemi e creerai una strategia per comunicare la ricerca sulla tecnologia quantistica a una serie di diversi gruppi target come il pubblico in generale, studenti di livello A e studenti universitari di fisica. Creerai quindi materiali appropriati come siti Web, simulazioni, applet, dispense e dimostrazioni pratiche per comunicare efficacemente la ricerca sulla tecnologia quantistica. Potrai anche misurare l'efficienza della strategia e dei materiali creati analizzando il suo effetto su vari gruppi target. L'esperienza nella realizzazione di siti Web altamente sofisticati e simulazioni interattive è fondamentale.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Trappola ionica per Internet quantistico (Rif. MK1)

Per creare un "modem" per l'internet quantistica, i singoli ioni atomici devono essere accoppiati a una cavità ottica. Nel mio gruppo attualmente operiamo quattro trappole ioniche per esplorare schemi per implementare un tale modem per trasferire le informazioni quantistiche da uno ione ai fotoni che trasportano le informazioni attraverso la rete. In questo progetto progetterai, costruirai e testerai una nuova trappola ionica che è combinata con una cavità in fibra ottica ultra piccola. Il progetto parte dalla progettazione e simulazione della trappola e ne segue lo sviluppo fino all'effettiva implementazione.

Elaborazione del segnale basata su microcontrollore (Ref. MK2)

I circuiti elettronici sono indispensabili nella moderna tecnologia quantistica. Spesso, l'elaborazione richiesta dei segnali può essere facilmente eseguita con l'elettronica analogica. L'utilizzo di convertitori analogico-digitali veloci insieme a un microcontrollore può fungere da unità di elaborazione del segnale versatile. Il segnale viene digitalizzato ed elaborato dal microcontrollore programmabile e quindi riconvertito in segnale analogico.

L'obiettivo di questo progetto è la programmazione di un microcontrollore PIC che funga da versatile sistema di elaborazione del segnale. Include la progettazione e il test di circuiti elettronici periferici. Laser per Internet quantistico (Rif. MK3)

I laser sono uno strumento indispensabile per creare la versione quantistica di Internet. Sono necessari per raffreddare, manipolare e preparare ioni intrappolati in uno stato quantico specifico (stato qubit). Inoltre, i laser sono necessari per controllare l'interazione di ioni e fotoni per generare singoli fotoni o per l'entanglement ione-fotone a lunga distanza, elementi costitutivi di Internet quantistico. Come riferimento per tutti i laser, costruiamo un laser ad altissima precisione che fa riferimento a una cavità ottica all'avanguardia. In questo progetto migliorerai le prestazioni del laser e aiuterai a trasferire la sua stabilità ad altri laser in laboratorio. Inoltre, lavorerai per implementare questi laser nei nostri esperimenti su Internet quantistico.

Testare i fondamenti della fisica con i laser (Ref. MK4)

Le leggi della fisica, così come le conosciamo, richiedono un insieme di costanti fondamentali. Tuttavia, negli ultimi anni ci sono forti indizi che queste costanti stiano effettivamente cambiando nel tempo. Per misurare questo, abbiamo creato un sistema per eseguire la spettroscopia ad altissima risoluzione su singole molecole. Per questo abbiamo bisogno di laser unici che ci permettano di preparare le molecole in uno stato quantico specifico. In questo progetto costruirai un laser pulsato titanio:zaffiro che un sistema di conversione di frequenza per generare radiazioni laser nel lontano UV.

Cavità in fibra per Internet quantistico (Rif. MK5)

Affinché la nostra ricerca crei una versione quantistica di Internet, sono necessarie cavità ottiche ultra-piccole. Negli ultimi anni, abbiamo sviluppato un sistema unico per fabbricare queste cavità ad alte prestazioni. Per migliorare ulteriormente la qualità e l'affidabilità del nostro processo produttivo è necessaria la riprogettazione di un componente cruciale. In questo progetto progetterai, costruirai e testerai una nuova struttura di montaggio per fibre ottiche per il nostro sistema di fabbricazione.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Dinamica degli ioni intrappolati (Rif. FO1)

La capacità di confinare gli atomi in una piccola regione definita nello spazio ha portato a molti progressi nella scienza, specialmente nella fisica atomica. Oggi esiste una grande varietà di tali trappole e sono abitualmente utilizzate in molti laboratori in tutto il mondo, studiando questioni fondamentali come la fisica quantistica del non equilibrio e applicazioni come i nuovi standard temporali negli orologi atomici e nella misurazione di precisione della gravità gravitazionale ed elettromagnetica. campi.

In questo progetto, studieremo la dinamica delle particelle in potenziali formati esternamente e determineremo teoricamente le condizioni in cui il moto è prevedibile, stabile e limitato, in modo che il potenziale formi una trappola. Inoltre, esploreremo quando e come le instabilità iniziano a svolgere un ruolo all'inizio del movimento caotico. Sperimentalmente, progetteremo e costruiremo una semplice trappola mediante un'opportuna combinazione di elettrodi carichi in corrente continua e alternata. Mentre questo assemblaggio sarà in grado di intrappolare singoli atomi, lo testeremo con microsfere ionizzate il cui movimento è facilmente osservabile con un'ottica commerciale appropriata, permettendoci di confrontare i risultati sperimentali con le previsioni teoriche. L'equilibrio tra teoria ed esperimento può essere personalizzato per soddisfare gli interessi degli studenti e perseguire le scoperte più promettenti fatte durante il progetto.

Interferometro Mach-Zehnder e gomma quantica (Ref. FO2)

Studieremo e comprenderemo l'ottica di base con un focus sulla polarizzazione della luce e su come può essere influenzata da piastre d'onda, polarizzatori e divisori di fascio. Realizzeremo un interferometro Mach-Zehnder per creare due percorsi indistinguibili lungo i quali si propaga la luce proveniente da un'unica sorgente. Il contrasto della figura di interferenza risultante viene ridotto quando l'indistinguibilità dei percorsi viene eliminata, cioè quando l'informazione (parziale) su quale direzione diventa disponibile controllando la polarizzazione nei diversi percorsi ottici. Analizzeremo questo effetto in dettaglio e discuteremo la sua relazione con la famosa dualità onda-particella nella fisica quantistica. In questo contesto, indagheremo anche l'effetto della cancellazione quantistica, mostrando che il pattern di interferenza riapparirà se l'informazione ottenuta viene cancellata introducendo un polarizzatore dopo che i due fasci sono stati nuovamente sovrapposti. Questo esperimento è legato alla fisica fondamentale, all'ottica quantistica, alla decoerenza e alla transizione quantistica-classica.

Rumore nell'imaging dell'atomo freddo (Rif. FO3)

I laser sono uno strumento indispensabile per creare la versione quantistica di Internet. Sono necessari per raffreddare, manipolare e preparare ioni intrappolati in uno stato quantico specifico (stato qubit). Inoltre, i laser sono necessari per controllare l'interazione di ioni e fotoni per generare singoli fotoni o per l'entanglement ione-fotone a lunga distanza, elementi costitutivi dell'internet quantistica. Come riferimento per tutti i laser, costruiamo un laser ad altissima precisione che fa riferimento a una cavità ottica all'avanguardia. In questo progetto migliorerai le prestazioni del laser e aiuterai a trasferire la sua stabilità ad altri laser in laboratorio. Inoltre, lavorerai per implementare questi laser nei nostri esperimenti su Internet quantistico.

Nastro trasportatore per magnetometro a gas quantistico (Rif. FO4)

I recenti rapidi progressi nel campo del raffreddamento e dell'intrappolamento laser con la preparazione di routine di campioni freddi di nanokelvin di gas quantistici degenerati (condensati di Bose-Einstein) hanno portato a nuovi concetti nelle tecnologie quantistiche, ad es. per applicazioni informatiche, di comunicazione e metrologiche. Nel nostro laboratorio di ricerca stiamo lavorando su sensori di campo magnetico microscopici, la cui sensibilità di campo record dipende dalla bassa temperatura e dalle proprietà quantistiche del gas.

Un componente importante dell'apparato del microscopio è un meccanismo per spostare la sonda del sensore (un campione intrappolato di atomi condensati da Bose) molto vicino (micron) al campione. Questo trasporto dalla regione di raffreddamento dell'atomo alla regione campione su pochi centimetri sarà effettuato magneticamente.L'obiettivo del progetto è progettare e testare un circuito stampato (PCB) in grado di produrre i necessari campi magnetici variabili nel tempo. Utilizzeremo la tecnologia multistrato compatibile con l'ultraalto vuoto (UHV) e caratterizzeremo il dispositivo durante il funzionamento del nostro "nastro trasportatore" basato su chip ad atomo ultrafreddo. Il progetto prevede calcoli del campo magnetico, progettazione di PCB assistita da computer e lavoro sperimentale su una configurazione di atomo ultrafreddo esistente.

Modulatore acusto-ottico (Rif. FO5)

La miscelazione delle onde acustiche con la luce ha ampie applicazioni che vanno dalle stampanti laser agli esperimenti di fisica atomica. In questo progetto studierai un dispositivo acusto-ottico chiave, il modulatore acusto-ottico (AOM). Un cristallo trasparente viene esposto contemporaneamente a onde sonore e laser che si propagano ortogonalmente, in modo tale che la luce laser venga diffratta. Osserverai e interpreterai il modello di diffrazione e vedrai come il controllo dei parametri dell'onda sonora lo modifica. Nelle misurazioni interferometriche (battito) si determineranno gli spostamenti di frequenza indotti dall'AOM. Questo progetto è principalmente sperimentale, ma includerà anche alcuni aspetti teorici.

Laser nella moderna fisica atomica (Rif. FO6)

I laser sono strumenti essenziali negli esperimenti di fisica atomica, poiché la loro coerenza intrinseca e le piccole larghezze di riga consentono un controllo e una manipolazione molto precisi degli atomi. In un tipico esperimento di "atomi freddi" i laser vengono utilizzati per eseguire una varietà di compiti: raffreddare gli atomi di 6 ordini di grandezza in temperatura (fino a pochi microkelvin), manipolare gli stati interni degli atomi (pompaggio ottico), caratterizzare gli insiemi atomici (fluorescenza e imaging ad assorbimento), etc&hellip

In questo progetto proponiamo di integrare una nuova linea laser nel nostro esperimento sugli atomi freddi. La corretta implementazione e caratterizzazione di un laser consentirà allo studente di mettere in pratica ed espandere le proprie conoscenze in molti settori della fisica: fisica quantistica, ottica, elettromagnetismo, elettronica e teoria del feedback, programmazione e simulazione.

Inoltre, facendo funzionare il laser in un esperimento con un vero atomo freddo, lo studente avrà l'opportunità di familiarizzare con molti aspetti della moderna fisica atomica, come il raffreddamento del laser e la condensazione di Bose-Einstein.

Trappole magnetiche per atomi ultrafreddi (Rif. FO7)

Utilizzando sorgenti laser sintonizzabili a banda stretta, i gas atomici possono essere raffreddati a temperature microkelvin. Le corrispondenti energie termiche sono sufficientemente piccole da essere paragonabili agli spostamenti magnetici di Zeeman indotti da campi magnetici dell'ordine del campo terrestre. In questo progetto esploreremo come si possono formare trappole microscopiche per atomi freddi facendo passare correnti attraverso conduttori modellati su microchip. Inizieremo con semplici geometrie bidimensionali e campi statici e passeremo a complessità più elevate che coinvolgono correnti oscillanti nella gamma di frequenze radio e microonde (da MHz a GHz) e layout tridimensionali. Tali (micro)trappole magnetiche vengono utilizzate per immagazzinare atomi per un ulteriore raffreddamento oltre la capacità dei laser, nonché per esperimenti e applicazioni tecnologiche della fisica quantistica.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Micro-pettini ottici ultraveloci

Sfondo: I pettini di frequenza ottici (OFC) sono spesso indicati come righelli ottici: il loro spettro è costituito da una sequenza precisa di linee discrete e equidistanti, che rappresentano precisi "segni" in frequenza. L'importanza dei pettini è stata riconosciuta nel Premio Nobel 2005 a T. W. Hänsch e J. Hall. C'è una convinzione comune che gli OFC avranno un ruolo chiave nell'elaborazione del segnale per la sintesi e la misurazione di un segnale arbitrario, influenzando direttamente campi che vanno dalle telecomunicazioni ottiche al fotonico a microonde. Infine, gli OFC dovrebbero avere un forte impatto nella spettroscopia per la rilevazione di gas a bassa concentrazione, e trovare applicazioni nel monitoraggio dei gas pericolosi nell'atmosfera, migliorando la sicurezza e la salute della popolazione, ma anche nel processo produttivo di eg industria elettronica o farmaceutica, o nel controllo del respiro, fornendo uno strumento di scansione medica non invasivo.

Nel Regno Unito, gli orologi atomici in miniatura sono riconosciuti come una tecnologia quantistica 2.0 (EPSR-DSTL UK quantum technology landscape 2014). Gli orologi atomici portatili sono considerati cruciali per lo sviluppo della prossima generazione di sensori, telecomunicazioni, sistemi informatici e di navigazione. Attualmente, esistono diversi programmi di ricerca in tutto il mondo per sviluppare nuovi sistemi di orologi atomici portatili basati su atomi o ioni ultrafreddi. Per questi sistemi, gli OFC compatti sono una tecnologia chiave.

Pettine ottico di frequenza da non linearità quadratiche (Rif. AP1E per il profilo sperimentale e AP1T per il profilo teorico)

Questo progetto fa parte dell'azione di ricerca sui pettini di frequenza ottica ultraveloce dell'Università del Sussex all'interno del Quantum Technology Hub on Sensors and Metrology. Nel 2012 il dott. Pasquazi e collaboratori hanno dimostrato per la prima volta un nuovo tipo di laser (si può fare riferimento a Nature Commun. 3, 765 (2012) e Opt. Express, 21, 13333 (2013)) che consente un agile generazione di pettini ottici. Questo tipo di sorgente basa il suo meccanismo di funzionamento su non linearità cubiche ottiche nei microrisonatori ottici. Tali non linearità sono piuttosto deboli nei materiali ottici altamente trasparenti (silice e altri vetri), quindi sono necessari risonatori ad alto fattore Q per migliorare il campo interno al fine di indurre una dinamica non lineare significativa.

Le non linearità ottiche quadratiche presenti nei cristalli non centrosimmetrici sono in generale più forti della loro controparte cubica. Tuttavia, il meccanismo interno che induce i pettini ottici in un risonatore non può funzionare con non linearità quadratiche. L'idea chiave di questo progetto di ricerca è quella di "cascare" due processi quadratici per ottenere un processo cubico non lineare equivalente che è ordini di grandezza più forte del suo equivalente "naturale". Sebbene questo processo sia molto ben esplorato in molte geometrie di massa, non è mai stato esplorato in dispositivi risonanti, né è stato sfruttato per generare un pettine ottico. Il progetto si compone di due parti, quindi cerchiamo due profili differenti:

AP1E: sarai impegnato nella dimostrazione sperimentale del primo pettine di frequenza ottico basato su non linearità quadratiche. Familiarizzerai con la fisica delle non linearità ottiche quadratiche e anche con la sfida sperimentale di costruire una cavità laser non lineare. Riceverai una formazione sperimentale specifica ed eventualmente progetterai e assemblare (in collaborazione con un team) il dispositivo.

AP1T: sarai impegnato nello sviluppo del background fotonico teorico del sistema. Acquisirai competenza in simulazioni elettromagnetiche ad alte prestazioni di sistemi basati su equazioni di Schrödinger non lineari accoppiate. Riceverai una formazione specifica sulla modellazione di problemi elettromagnetici e fotonici e contribuirai alla progettazione di un simulatore elettromagnetico in grado di riprodurre la dinamica non lineare della cavità.

Pompaggio sincrono di micropettini non lineari (Rif. AP2)

I micropettini sono dispositivi in ​​grado di generare pettini a frequenza ottica basati su microrisonatori ottici. L'approccio più comune per generare il pettine è quello di accoppiare nel dispositivo una luce laser monocromatica a onda continua con lunghezza d'onda corrispondente a una risonanza del microrisonatore. Nei microrisonatori di alta qualità la lunga durata della cavità produce un miglioramento del campo interno. L'intensità interna è quindi molto elevata e in grado di eccitare la non linearità intrinseca del risonatore, determinando un fenomeno noto come oscillazione parametrica ottica (Kippenberg et al. Scienza 332 555, 2011). Per una serie di ragioni fisiche il grado di controllo su tale fenomeno è molto limitato e ottenere un pettine di buona qualità (cioè un pettine con righe spettrali che oscillano in maniera perfettamente sincronizzata) è una vera sfida. In questo progetto sperimenterai un nuovo approccio, pompando un dispositivo risonante non lineare con un treno di impulsi ottici sub-ps ultraveloci (quindi acquisirai una competenza specifica nei laser ultraveloci). In particolare si indagherà il potenziale grado di libertà dato da questo approccio mirato alla dimostrazione di pettini di frequenza ottica di alta qualità. Svilupperai una comprensione significativa della fisica dei dispositivi ottici non lineari e anche una significativa esperienza di prima mano con sorgenti laser ultraveloci.

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Scienza ultraveloce Terahertz

Sfondo: L'interesse principale dell'Emergent Photonics Lab è la fotonica ultraveloce con due importanti linee di ricerca in Terahertz Photonics e Complex Photonics. TIMING è un progetto multidisciplinare finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (per un valore di circa 1,7 Milioni di GBP). Implica nuovi approcci all'imaging e alle interazioni esotiche campo-materia non lineari, compresi i processi che generano onde Terahertz. La chiave del successo del progetto sono gli elementi ereditati direttamente dalla propagazione in supporti ottici complessi. Questo progetto interseca trasversalmente il nucleo dei nostri interessi di ricerca. È probabile che i risultati abbiano un impatto chiave in diversi settori, dal rilevamento ambientale alla metrologia, alla sicurezza, alla produzione farmaceutica, alla medicina e altri. Questi progetti di Master completeranno i nostri sforzi nelle tecnologie diagnostiche basate sull'interazione non lineare della materia di campo con impulsi ultracorti. Il candidato avrà accesso all'Emergent Photonics Laboratory (EPic) http://www.sussex.ac.uk/physics/epic/, una struttura di 110 m^2 che comprende uno spettro molto ampio di fotonica all'avanguardia attrezzature (che rappresentano un investimento totale superiore a 1,1 milioni di GBP da diverse fonti di finanziamento):

-Sorgenti ottiche ultraveloci ad alta energia ([email protected] Ppeak>50GW)

-Diversi tipi di oscillatori laser ultraveloci (Ti:Sa, oscillatori in fibra drogata con Er, oscillatori parametrici ottici)

-Due pettini ottici ultraveloci stabilizzati con orologio atomico

-Diagnostica ultraveloce microonde su ottica (es. generatori, modulatori e rivelatori)

-Sistemi di acquisizione elettronici ultraveloci (80GS/s con larghezza di banda >36GHz)

-Diversi banchi di lavoro diagnostici per impulsi terahertz, medi infrarossi e ottici ultracorti

-Fonti Terahertz ad alta energia

Il progetto si dispiega all'interno di una fertile collaborazione internazionale di ricercatori. Il candidato prescelto entrerà a far parte di un team interdisciplinare.

Imaging Terahertz ultraveloce (Rif. MP1)

In questo progetto, impulsi Terahertz estremamente brevi (ultra veloce) sarà utilizzato per produrre un'immagine elettromagnetica tridimensionale completa di un oggetto, rivelando la sua struttura interna. Questo specifico approccio di imaging si basa sul Spettroscopia nel dominio del tempo, una specifica tecnica di sondaggio che non ha equivalenti in altre bande elettromagnetiche: le parti interne di un oggetto vengono percepite sfruttando i ritardi tra gli echi elettromagnetici generati, in un metodo alquanto simile all'imaging ad ultrasuoni. In questo progetto acquisirai la necessaria comprensione fisica dell'interazione campo-materia non lineare alla base del rilevamento della generazione di Terahertz. Farai parte del team che progetterà il sistema di imaging e gestirà direttamente la generazione di impulsi ottici intensi. Sarai inoltre impegnato nella ricostruzione (acquisizione elettronica + software) dell'immagine 3D elettromagnetica dai segnali rilevati.

Materiale mimetico per il dominio Terahertz (Ref. MP2)

In questo progetto di ricerca esploriamo strutture che possono acquisire specifiche proprietà elettromagnetiche Terahertz da un secondo oggetto al contatto. In questo sforzo di ricerca svilupperai la comprensione della simulazione di dispositivi plasmonici, ovvero strutture elettromagnetiche che operano grazie a un accoppiamento tra fotone ed elettroni. Questo progetto è guidato dall'Università del Sussex in collaborazione con l'INRS-EMT (Canada). Come parte del nostro team di ricerca progetterai una struttura elettromagnetica Terahertz adatta allo scopo che verrà fabbricata dal nostro team. Testerai anche i dispositivi per dare un feedback al processo di progettazione. I dettagli sulle specifiche tecnologie e applicazioni mirate saranno discussi direttamente con te, possibilmente in base a un accordo di non divulgazione.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Sviluppo del microscopio a microonde Quantum

Sfondo: Lo scopo di questo ambizioso progetto è lo sviluppo di un pionieristico microscopio a microonde quantistico che utilizzi un singolo elettrone catturato in una trappola ionica del chip come sensore/emettitore a microonde quantistiche. Un elettrone in una trappola è noto come atomo di geonio, un oggetto quantistico artificiale con proprietà progettate e manipolate dallo sperimentatore con grande controllo. L'elettrone intrappolato si è dimostrato un sistema eccezionale per testare le leggi della fisica con un'accuratezza estremamente elevata. Nel laboratorio di geonium chip del Sussex (www.geoniumchip.org) stiamo sviluppando una nuova trappola ionica chip, che utilizzerà un elettrone intrappolato come trasduttore quantistico della radiazione a microonde. L'elettrone è il rivelatore ed emettitore di campi a microonde più accurato e sensibile, con la massima sensibilità al singolo fotone. Ciò consente di implementare le più avanzate tecniche di metrologia quantistica per testare e misurare sistemi (ad esempio tessuti o materiali umani) con radiazioni a microonde, utilizzando l'entanglement e altre risorse quantistiche. Molte applicazioni possono essere previste con un sensore/emettitore di microonde così ultrasensibile. Nel nostro laboratorio, miriamo a sviluppare un microscopio rivoluzionario, operante nel dominio delle microonde, con la tecnologia dell'atomo di geonio. Ciò potrebbe consentire di superare gli attuali limiti di sensibilità dei microscopi a microonde, consentendo possibilità di osservazione senza precedenti di sistemi naturali o artificiali. Diversi progetti sperimentali sono offerti. I dettagli del progetto verranno discussi con gli studenti a seconda dei loro interessi. Le tecnologie rilevanti che verranno utilizzate includono la superconduttività, l'elettronica RF, l'ingegneria delle microonde, la criogenia, la progettazione e le misurazioni del campo magnetico, la progettazione e la simulazione di chip e altre. A candidati eccellenti potrebbe essere offerta una posizione di dottorato interamente finanziata dopo il completamento con successo del progetto.

Competenze trasferibili: Competenze di laboratorio, progettazione di circuiti, ingegneria a microonde, superconduttività, RF-elettronica, Lab-View, analisi dei dati, criogenia, tecniche del vuoto, analisi FFT, analisi di reti vettoriali, progettazione e simulazione di chip, lavoro di squadra (con persone all'interno e all'esterno del Sussex).

[1] J. Verdu, Nuovo J. Phys. 13, 113029 (2011)

[2] A. Cridland et al, Fotonica 3, 59 (2016)

[3] M. Lanzagorta, Radar quantistico, Morgan e Claypool (2011)

Stabilizzazione del campo magnetico (Rif. JVG1)

Questo progetto sperimentale mira a sviluppare uno schermo superconduttore per eliminare eventuali fluttuazioni del campo magnetico indotte dall'esterno nella regione di intrappolamento. La stabilità del campo magnetico è fondamentale per una buona caratterizzazione delle particelle intrappolate e per il funzionamento del chip di geonium come sensore/emettitore di fotoni a microonde per applicazioni di microscopi quantistici a microonde e radar quantistici. In questo progetto lo studente progetterà, simulerà, realizzerà e misurerà strutture superconduttive ad anello chiuso utilizzando YBCO o NbTi. Queste strutture saranno misurate utilizzando un sensore di Hall e un criostato di azoto liquido o di He liquido.

Rilevazione di un elettrone intrappolato (Rif. JVG2)

Questo progetto sperimentale si concentrerà sull'ottimizzazione del sistema di rilevamento criogenico impiegato per l'osservazione di un singolo elettrone intrappolato per il microscopio a microonde quantico / radar quantistico. Il sistema di rivelazione è costituito essenzialmente da un risonatore elicoidale superconduttore e da un amplificatore criogenico realizzato con componenti discreti (transistori pHEMT FET). Il progetto si concentrerà sulla misurazione e caratterizzazione dei diversi tipi di transistor GaAs disponibili in grado di funzionare a temperature criogeniche. Dopo la caratterizzazione dei transistor verrà implementato e misurato un amplificatore criogenico a basso rumore utilizzando un analizzatore di rete vettoriale. Il progetto prevede l'uso di software LabView, Mathematica, ADS, apparecchiature di misura e test RF e criostati 4K.

Raffreddamento dell'elettrone fino allo stato fondamentale quantistico (Rif. JVG3)

Questo progetto sperimentale si concentrerà sullo sviluppo di un sistema di crio-raffreddamento da 80 mK in grado di raffreddare il movimento dell'elettrone fino al suo stato fondamentale quantistico. Il sistema di crio-raffreddamento da 80 mK opererà un frigorifero a smagnetizzazione adiabatica che sarà accoppiato a un crio-raffreddatore Gifford-McMahon 4K a ciclo chiuso. Il progetto prevede la progettazione, fabbricazione e misurazione di diversi componenti, come schede di termalizzazione, filtri antirumore, attenuatori RF e MW, cavi di corrente, dissipatori di calore e altri, tutti necessari per raggiungere il regime di temperatura estremamente bassa di 80 mK.

Implementazione dell'illuminazione quantistica a microonde con elettroni intrappolati (Rif. JVG4)

Questo progetto sperimentale si concentrerà sull'implementazione del protocollo di illuminazione quantistica utilizzando un elettrone come sensore ed emettitore di radiazioni a microonde entangled. Questo obiettivo è fondamentale per la microscopia quantistica a microonde e le applicazioni radar quantistiche. Questo progetto è molto ambizioso e sarà offerto solo a candidati di prima classe con la possibilità di continuare con una posizione di dottorato interamente finanziata dopo la fine del Master. I dettagli del progetto verranno discussi con il candidato.

Fisica sperimentale delle particelle

Questi progetti sono ideali per gli studenti del Master in Fisica e del Master in Fisica delle particelle, sebbene tu possa parlare con il supervisore del progetto se stai studiando un altro corso di Master e hai sufficiente esperienza pertinente.

Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla pagina del loro profilo.

Dr Lily Asquith - non disponibile 20/21

SI PREGA DI NOTARE CHE IL DR ASQUITH NON È DISPONIBILE PER LA SUPERVISIONE DEL PROGETTO IN 20/21

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Misurazioni dell'oscillazione dei neutrini mediante Machine Learning (Rif. LA1)

Restrizioni: gli studenti di questo progetto devono essere già esperti nella programmazione di computer o avere una ragionevole conoscenza di base e desiderosi di apprendere.

L'esperimento del neutrino NOvA sta raccogliendo dati utilizzando una coppia di rivelatori separati da 800 km. Il Near Detector (ND) è posizionato al Fermilab vicino a Chicago, ed è direttamente nel percorso del fascio di neutrini NuMI nella stessa posizione. I neutrini vengono rilevati dal ND tramite le loro interazioni con i protoni nel mezzo di scintillazione, che è essenzialmente olio per bambini. Il fascio di neutrini prosegue poi attraverso 800 km di crosta terrestre fino al Far Detector (FD) in Minnesota. Durante questo viaggio, i neutrini hanno l'opportunità di oscillare nel sapore, ed è questa oscillazione che stiamo misurando per rispondere ad alcune domande fondamentali e stimolanti sull'universo: quali sono le masse dei neutrini e gli angoli di mescolamento? Queste sono le costanti fondamentali dell'universo per quanto ne sappiamo, e misurare queste è l'area più eccitante della fisica delle particelle oggi.Lavorerai con il codice di analisi (C++ e Python) all'interno del simpatico gruppo di fisica dei neutrini del Sussex e mirerai a migliorare la misurazione dell'energia dei neutrini utilizzando metodi di apprendimento automatico.

ATLAS Jet Physics (Rif. LA2)

Misure di precisione delle interazioni e degli accoppiamenti del bosone di Higgs (es. accoppiamento Yukawa) possono permetterci di proporre, sviluppare e testare teorie della natura sempre più accurate. A circa 1 miliardo di collisioni di particelle al secondo all'LHC sono necessarie sia le tecniche hardware che quelle software per filtrare gli eventi di interesse da quelli che sono avvenuti tramite ATLAS Trigger. In seguito a ciò, determinare se un evento di interesse contiene effettivamente un segnale che stiamo cercando (e non uno sfondo molto simile) richiede un'analisi multivariata dei dati osservabili fisicamente, in particolare all'interno della Hadronic Jet Substructure. L'uso di Jet Substructure sia nell'ATLAS Jet Trigger, sia per valutare e migliorare Jet Reconstruction e Grooming a livello di analisi è quindi di grande importanza.

Utilizzando sia i dati ATLAS che le simulazioni Monte Carlo lo studente svilupperà programmi di analisi nel linguaggio di programmazione C++, utilizzando il framework di analisi ROOT, e attraverso l'uso di Python.

La capacità di utilizzare queste abilità e tecniche è diffusa all'interno della fisica delle particelle ed estremamente desiderabile dal punto di vista dell'industria.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Il trigger della pista hardware ATLAS (Rif. AC1)

L'esperimento ATLAS al Large Hadron Collider impiegherà un'elettronica personalizzata per identificare e ricostruire le particelle nel suo rivelatore. Il gruppo ATLAS Sussex sta partecipando alla realizzazione di questo sistema elettronico all'avanguardia: l'Hardware Track Trigger. In questo progetto parteciperai alla progettazione e/o al test di prototipi, lavorando con dispositivi e strumenti elettronici all'avanguardia per affrontare un problema di ricerca all'avanguardia nella fisica delle particelle. Il progetto può soddisfare gli studenti che hanno familiarità con la progettazione e lo sviluppo di software, firmware o elettronica, partecipando allo sviluppo di un sistema con potenziali applicazioni interdisciplinari (elaborazione di immagini, imaging medico, ecc.).

Utilizzerai simulazioni avanzate, sviluppo di firmware o strumenti elettronici per confrontare, testare o partecipare alla progettazione di tale sistema, collaborando con i membri del gruppo ATLAS Sussex. Questo progetto è adatto a studenti con un vivo interesse per i big data, l'apprendimento automatico e l'elettronica. Sarà necessaria la programmazione Python/C/C++ o la familiarità con lo sviluppo del firmware e dell'elettronica. Imparerai tecniche avanzate di machine learning e big data, affinare le tue conoscenze di elettronica e sistemi elettronici digitali ad alta velocità all'avanguardia.

Machine Learning super accelerato (Rif. AC2)

Machine Learning (ML) è uno degli strumenti di ricerca all'avanguardia impiegati nell'elaborazione e nell'analisi dei dati di fisica delle particelle. Questi si basano spesso sul machine learning e forniscono sviluppi con potenziale per applicazioni interdisciplinari in campi come la genomica computazionale, l'imaging medico e i mercati finanziari.

Il machine learning è solitamente implementato nel software ed è spesso soggetto a lunghi tempi di elaborazione, tuttavia sul mercato sta emergendo una nuova classe di acceleratori di computer. Questi sono basati su elettronica programmabile (in particolare "Field Programmable Gate Arrays"): dispositivi che superano in molti casi acceleratori hardware più conosciuti (come i coprocessori GPU) e offrono grandi vantaggi in termini di velocità di I/O.

Il progetto mira a sviluppare l'elaborazione di big data basata sull'apprendimento automatico su tali acceleratori, sfruttando i dati del rilevatore ATLAS, per affrontare la complessità dell'identificazione delle particelle nel rilevatore ATLAS o implementare una misurazione basata sui dati dell'esperimento ATLAS. Lavorerai in collaborazione con ricercatori senior e junior, imparando a lavorare con questa nuova classe di acceleratori hardware e sviluppando soluzioni per un'analisi dei dati di fisica delle particelle o un problema relativo al rivelatore.

Questo progetto è adatto a studenti con un vivo interesse per i big data, l'apprendimento automatico e l'informatica. Sarà necessaria familiarità con la programmazione Python o C/C++. Imparerai tecniche avanzate di machine learning e big data, affinare le tue conoscenze di elettronica, strumenti e tecniche di elaborazione all'avanguardia, nonché sistemi elettronici digitali ad alta velocità.

Fisica del sapore al Large Hadron Collider (Rif. AC3)

Misure di precisione in settori noti del Modello Standard possono individuare discrepanze rispetto alle sue previsioni, producendo quindi indicazioni di nuovi fenomeni fisici. Il settore dei sapori è uno dei domini di precisione più ricchi e ben modellati in cui queste discrepanze devono ancora essere completamente esplorate. Grazie all'elevata luminosità fornita dall'LHC, l'esperimento ATLAS può raggiungere una precisione senza precedenti in alcune di queste misurazioni, che vanno dalle determinazioni di precisione delle proprietà delle particelle (meccanismi degli ioni prodotti, tempi di vita ecc.) alla ricerca e identificazione di proprietà di nuove particelle : il gruppo dei sapori pesanti ATLAS è infatti il ​​responsabile della primissima nuova particella scoperta all'LHC. Il gruppo Sussex ATLAS è attualmente coinvolto nella ricerca della rarissima disintegrazione dei mesoni B in due muoni, nonché nella misurazione del tempo di vita degli autostati Bs CP. Avrai un ruolo importante in una delle attività di analisi del gruppo Sussex ATLAS, basandoti sull'esperienza delle analisi esistenti nel settore degli aromi e su ulteriori ricerche indirette di nuova fisica.

Questo progetto richiede familiarità con lo sviluppo di software C/C++ e potrebbe trarre vantaggio dalla conoscenza di Python, ROOT e strumenti di analisi dei dati di fisica delle particelle. Acquisirai competenze nell'analisi dei dati, nei big data, nella conoscenza della fisica delle particelle e nel lavoro di squadra.

R&D Con Memorie Associative (Rif. AC4)

Le memorie associative (AM) sono dispositivi elettronici dedicati ad alta velocità che implementano l'identificazione in tempo reale di modelli nei dati elettronici. Sono impiegati, ad esempio, nell'identificazione delle traiettorie delle particelle nel rivelatore ATLAS al Large Hadron Collider del CERN. La potenza di calcolo implementata in un dispositivo AM è dell'ordine di 50 milioni di MIP, con i moderni processori Intel che forniscono in genere qualcosa dell'ordine di 100000 MIP). Questa potenza computazionale viene sfruttata al meglio in problemi specifici in cui è necessario identificare modelli nei dati in tempo reale, fornendo in modo efficace uno strumento molto mirato per affrontare problemi di Machine Learning, in un certo senso analogo ai singoli nodi in una rete neurale.

Con questo progetto esplorerai - in collaborazione con scienziati senior e junior - la flessibilità delle Memorie Associative, sfruttando le loro prestazioni in modi che non sono stati finora esplorati: più livelli, diversi livelli di astrazione delle informazioni e l'integrazione in algoritmi di apprendimento automatico per implementare l'apprendimento automatico basato sulla memoria associativa.

Questo progetto è adatto a studenti con un vivo interesse per i big data, l'apprendimento automatico e l'elettronica. Sarà necessaria la programmazione Python/C/C++ o la familiarità con lo sviluppo del firmware e dell'elettronica. Imparerai tecniche avanzate di machine learning e big data, affinare le tue conoscenze di elettronica, strumenti e tecniche di elaborazione all'avanguardia, nonché sistemi elettronici digitali ad alta velocità.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

La supersimmetria (SUSY) è una delle teorie ben motivate al di là del Modello Standard, che potrebbe essere realizzata in natura a energie della scala TeV. SUSY potrebbe per esempio avere la chiave per spiegare la natura della Materia Oscura. Il Large Hadron Collider (LHC) al CERN, vicino a Ginevra, in Svizzera, fa scontrare protoni di alte energie senza precedenti, ricreando condizioni che si pensava esistessero nel nostro Universo poco dopo il Big Bang. Il rivelatore ATLAS è uno dei due esperimenti polivalenti all'LHC, progettato per svelare prove di nuovi fenomeni BSM. Il Sussex ha un ruolo di primo piano nella ricerca di segnali supersimmetrici in una serie di analisi di punta presso ATLAS, comprese le ricerche SUSY negli stati finali multilettonici. Siamo anche coinvolti nella preparazione di futuri esperimenti di collisione, inclusi, ma non limitati a, aggiornamenti dell'esperimento ATLAS per la fase LHC ad alta luminosità (HL-LHC). Verrai integrato nel gruppo Sussex ATLAS per la durata del tuo progetto, interagendo regolarmente in modo collaborativo con i membri della facoltà, il personale di ricerca e altri studenti. Eseguirai un'analisi computerizzata di dati simulati (e possibilmente reali) da ATLAS o da un futuro esperimento di collisore. L'ambito dettagliato del tuo progetto sarà adattato alla tua preconoscenza della fisica delle particelle. Se non sei già un programmatore esperto, dovrai acquisire rapidamente le competenze informatiche richieste (ad es. Programmazione C++ e framework di analisi ROOT). Fondamentale anche una buona predisposizione al lavoro di squadra.

Risorse consigliate per la lettura iniziale:

[3] Pagina web pubblica dell'esperimento ATLAS, https://atlas.cern/

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Decadimento doppio beta senza neutrini con l'esperimento SNO+ (Rif. EF1)

Può il neutrino, uno dei mattoni meno compresi della materia, essere l'antiparticella di se stessa? L'esistenza di una forma estremamente rara di decadimento radioattivo chiamato doppio decadimento beta senza neutrini darebbe la risposta "sì". Questo a sua volta ci aiuterebbe a capire perché l'universo è fatto di materia e non di antimateria.

L'esperimento SNO+ è uno strumento estremamente sensibile situato in una miniera di nichel a 2 km sotto terra in Canada. Il suo principale obiettivo scientifico è la ricerca del doppio decadimento beta senza neutrini in un particolare isotopo radioattivo. Un risultato positivo sarebbe un'importante scoperta scientifica.

L'isotopo si dissolverà in un liquido che emette luce quando le particelle caricate elettricamente gli cedono energia. Uno dei sistemi di calibrazione inietterà la luce dei LED nel liquido per aiutare a determinare la precisione delle misurazioni fisiche. Utilizzerai dati simulati e dati da una fase preparatoria di acquisizione dei dati per studiare e ottimizzare gli aspetti della calibrazione e dell'analisi dei dati del doppio decadimento beta senza neutrini. Potrebbero anche esserci opportunità di effettuare misurazioni di laboratorio come parte dell'ottimizzazione del sistema di calibrazione.

Saranno richieste capacità di programmazione l'esperienza con Linux/C++ è un vantaggio.

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Modellazione del campo elettrico di rivelatori di neutrini ad argon liquido (Rif. CG1)

I rivelatori Time Projection Chamber (TPC) basati su argon liquido sono in uso in molti esperimenti di rivelazione di neutrini esistenti e pianificati e probabilmente svolgeranno un ruolo cruciale nella misurazione della violazione di CP nelle oscillazioni dei neutrini misurate nell'esperimento DUNE. I neutrini che passano attraverso il TPC vengono rilevati quando interagiscono con l'argon liquido, generando elettroni o muoni a seconda del sapore del neutrino. Queste particelle cariche a loro volta lasciano tracce di ionizzazione mentre si muovono attraverso l'argon liquido e, a causa della presenza di un campo elettrico attraverso il rivelatore, la carica di ionizzazione si sposta su una griglia di fili di raccolta che consentono la ricostruzione spaziale e temporale dei percorsi del particelle cariche generate dai neutrini. La ricostruzione accurata delle tracce delle particelle si basa sulla comprensione della distribuzione del campo elettrico in tutto il rivelatore. Questo progetto comporterà la modellazione della struttura del campo elettrico nel rivelatore lontano monofase DUNE e studierà come i cambiamenti nel design influenzino le distribuzioni di campo e il funzionamento del rivelatore.

La ricerca di neutrini sterili con il rivelatore SBND (Rif. CG2)

Numerosi esperimenti hanno mostrato anomalie nei risultati dell'oscillazione dei neutrini, suggerendo un possibile stato aggiuntivo di neutrini oltre ai tre presenti nel Modello Standard. Il programma Short Baseline Neutrino al Fermilab mira a risolvere la questione se le anomalie siano reali o meno, con un set di tre grandi rivelatori di neutrini TPC ad argon liquido: ICARUS, MicroBooNE e Short Baseline Near Detector (SBND). SBND è attualmente in costruzione e presto entrerà nella sua fase di messa in servizio, dove sarà necessaria un'ampia varietà di strumenti di analisi software per aiutare ad analizzare i dati iniziali e garantire che il rivelatore appena operativo funzioni come previsto e in modo che i principali dati fisici che raccolgano il periodo può iniziare il prima possibile. Uno studente di questo progetto aiuterà a sviluppare strumenti di analisi software per la messa in servizio di SBND concentrandosi sulla ricostruzione di eventi a bassa energia e/o sul rilevamento della luce.

Verso un nuovo principio di rivelazione dei neutrini mediante scintillatore opaco (Ref. CG3)

Il paradigma dominante nei rivelatori di neutrini che coinvolgono scintillatori liquidi è stato quello di cercare un'elevata trasparenza, con rivelatori di luce disposti attorno al bordo del volume del rivelatore. Recentemente è stato introdotto un nuovo concetto di rivelatore chiamato LiquidO in cui lo scintillatore è invece appositamente reso opaco, in modo che la luce venga intrappolata vicino al suo punto di generazione e raccolta da una griglia di fibre che cambiano lunghezza d'onda che attraversa il volume del rivelatore. Questo concetto ha il potenziale per capacità di identificazione delle particelle senza precedenti e rifiuto di fondo, che possono essere applicati sia alla fisica fondamentale dei neutrini che ad applicazioni come l'imaging medico e il monitoraggio e la non proliferazione dei reattori nucleari. Sussex è coinvolto nella costruzione di un piccolo prototipo di rivelatore LiquidO. Uno studente di questo progetto può essere coinvolto in studi di laboratorio sulle proprietà dei candidati scintillatori opachi, progettazione e costruzione del rivelatore prototipo e sviluppo software di strumenti per la simulazione e l'analisi della risposta del rivelatore.

Il dottor Fabrizio Salvatore BSM cerca al Large Hadron Collider (Rif. FS1)

Il Large Hadron Collider (LHC) al CERN, vicino a Ginevra, in Svizzera, fa scontrare protoni di alte energie senza precedenti, ricreando condizioni che si pensava esistessero nel nostro Universo poco dopo il Big Bang. Il rivelatore ATLAS è uno dei due esperimenti polivalenti all'LHC, progettato per svelare prove di nuovi fenomeni oltre il Modello Standard (BSM) della fisica delle particelle. La supersimmetria (SUSY) è una delle teorie BSM ben motivate che potrebbero essere realizzate in natura alle energie di LHC. SUSY potrebbe ad esempio avere la chiave per spiegare la natura della Materia Oscura nel nostro universo. Il gruppo Sussex ATLAS ha un ruolo di primo piano nella ricerca di segnali supersimmetrici negli stati finali leptonici ad ATLAS.

Sarai integrato nel gruppo Sussex ATLAS per la durata del tuo progetto, interagendo in modo collaborativo su base giornaliera con membri della facoltà, personale di ricerca e altri studenti. Eseguirai un'analisi computerizzata dei dati ATLAS, anche da simulazioni, con l'obiettivo di contribuire alla ricerca di segnali SUSY presso l'LHC. L'ambito del contenuto di fisica del tuo progetto sarà adattato alla tua preconoscenza della fisica delle particelle. Se non sei già un programmatore esperto, dovrai acquisire rapidamente le competenze informatiche (ad esempio programmazione C++ e framework di analisi ROOT) necessarie per completare con successo il tuo progetto. Fondamentale anche una buona predisposizione al lavoro di squadra. Gli obiettivi finali del progetto saranno discussi con lo studente, per adattarli al programma.

Studi prestazionali dell'ATLAS Inner Detector Trigger, anche in vista dell'Aggiornamento ATLAS (Rif. FS2)

L'esperimento ATLAS è uno dei due esperimenti generici che attualmente stanno raccogliendo dati al Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Parallelamente all'analisi dei dati attualmente raccolti dall'esperimento, c'è un crescente interesse nello studio delle prestazioni del rivelatore ATLAS una volta che la luminosità di LHC (cioè il tasso di interazione) sarà aumentata di almeno un ordine di grandezza rispetto al valore corrente. In particolare, cresce l'interesse per lo studio della frequenza degli eventi che il rivelatore ATLAS è in grado di registrare (tasso di "trigger").

Lo studente lavorerà in collaborazione con altri membri del gruppo ATLAS del Sussex per esaminare i tassi di attivazione a diverse luminosità dall'esperimento ATLAS. Lo studente esaminerà anche possibili strategie per migliorare questi tassi in un ambiente LHC aggiornato.

Durante l'incontro con il/i supervisore/i e gli altri membri del team ATLAS che lavorano a questo progetto, lo studente verrà introdotto al software utilizzato per il progetto e riceverà tutte le risorse necessarie.

Mark Sutton - Calcolo distribuito ad alte prestazioni per calcoli QCD nell'ordine dal prossimo al primo (Rif. MS1)

I progetti computazionali complessi fanno sempre più uso di un parallelismo massiccio, in esecuzione su farm ad alte prestazioni o utilizzando l'infrastruttura di cloud computing. Sebbene problemi diversi richiedano soluzioni diverse nei dettagli, molti possono essere affrontati utilizzando soluzioni simili. Questo progetto affronta uno di questi problemi nella fisica delle particelle: quello del calcolo efficiente del calcolo di precisione delle sezioni trasversali utilizzando soluzioni di calcolo trasferibili ad alte prestazioni.

Il grande volume di dati precisi dagli esperimenti del CERN Large Hadron Collider richiede calcoli teorici di precisione della sezione d'urto per molti processi fisici diversi, non solo per eseguire i test più rigorosi della fisica del Modello standard, ma anche per facilitare la scoperta del primi segni di qualsiasi nuova fisica oltre il modello standard, come SUSY o di Extra Dimensions.

Unitl recentemente i calcoli per le sezioni d'urto di LHC erano disponibili solo all'ordine successivo (NLO) o alla teoria delle perturbazioni. Negli ultimi anni sono stati resi disponibili nuovi calcoli per l'ordine successivo al successivo (NNLO). Questi calcoli sono significativamente più precisi di quelli NLO, ma anche molto più complessi, essendo entrambi molto più difficili da eseguire, ma anche molto più dispendiosi in termini di tempo.

Tipicamente un tale calcolo per un singolo processo fisico richiede l'ordine di 100000 ore di CPU e comporta l'esecuzione di molte migliaia di singoli frammenti di calcolo, tutti eseguiti indipendentemente, su macchine diverse. Con solo un piccolo numero di macchine, calcolare la gamma di sezioni trasversali necessarie per gli esperimenti di LHC, anche per i dati attuali, richiederebbe molti anni. Pertanto, vengono utilizzati metodi come il multi-threading per accelerare l'esecuzione individuale del codice, ma soprattutto è essenziale eseguire i calcoli con un parallelismo massiccio su farm di elaborazione ad alte prestazioni, o sulla griglia o sul cloud, e quindi combinare l'output delle molte migliaia di lavori al termine.

L'infrastruttura per consentire questa modalità di sforzo computazionale significativo potrebbe in linea di principio fare uso di strumenti esistenti comuni a molti problemi computazionali su larga scala diversi.Questo progetto comporterà l'identificazione di tali strumenti standard del settore che potrebbero essere utilizzati o adattati per questo problema specifico e lo sviluppo di un quadro per la presentazione di frammenti del calcolo completo su sistemi massicciamente paralleli e la raccolta e la combinazione dell'output al completamento del lavoro. L'obiettivo finale è consentire che i risultati di calcoli che altrimenti potrebbero richiedere molti anni siano disponibili nell'ordine dei giorni.

Il numero sempre maggiore di misurazioni degli esperimenti LHC significa che la richiesta di calcoli di precisione per i molti processi diversi è molto alta, in modo tale che i risultati dei calcoli eseguiti in questo modo saranno utilizzati direttamente dagli esperimenti LHC per molti anni a venire.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore.

Il più potente collisore di particelle (LHC) esistente sarà presto sottoposto a un importante aggiornamento. In primo luogo il tasso di collisione sarà aumentato di circa un fattore 10. Quindi, in una fase successiva significativa, potrebbe verificarsi un aumento dell'energia. Ti concentrerai sull'esplorazione delle eccitanti possibilità di tali macchine "ad alta liminosità" e "ad alta energia" per scoprire nuovi fenomeni fisici ed esplorare la fisica di precisione nel settore dei quark top.

Per tutta la durata del progetto, lavorerai all'interno del gruppo "Collider" di Fisica Sperimentale delle Particelle. Interagirai quotidianamente con docenti, personale di ricerca e altri studenti. Non è richiesta alcuna conoscenza precedente della fisica delle particelle: l'esatta portata del progetto sarà adattata alle tue capacità. se non sei già un programmatore esperto, acquisirai rapidamente le competenze informatiche (es. C++ e programmazione python) necessarie per completare con successo il tuo progetto. Fondamentale anche una buona predisposizione al lavoro di squadra.

DREAMING i calorimetri di nuova generazione (Rif. IV2)

La fisica di frontiera degli anni a venire richiederà una nuova generazione di rivelatori di particelle. I calorimetri sono dispositivi in ​​grado di misurare l'energia delle particelle fermandole in un materiale "assorbitore" e misurando gli effetti sulla materia ordinaria nel cosiddetto materiale attivo. DREAM (Dual READout Method) promette di aumentare drasticamente la nostra capacità di misurare l'energia di una classe di particelle chiamate adroni (come protoni, neutroni, ecc.) misurando separatamente diversi componenti dei depositi di energia nel calorimetro. Analizzerai i dati ottenuti utilizzando un raggio di prova su un prototipo DREAM. La tua caratterizzazione del prototipo sarà un input cruciale per comprendere il design finale che tale rivelatore dovrebbe avere.

Per tutta la durata del progetto, lavorerai all'interno del gruppo "collider" di Fisica Sperimentale delle Particelle. Interagirai quotidianamente con docenti, personale di ricerca e altri studenti. Non è richiesta alcuna conoscenza precedente della fisica delle particelle: l'esatta portata del progetto sarà adattata alle tue capacità. Se non sei già un programmatore esperto, acquisirai rapidamente le competenze informatiche (es. C++ e programmazione python) necessarie per completare con successo il tuo progetto. Fondamentale anche una buona predisposizione al lavoro di squadra.

Alla ricerca di nuova fisica con l'apprendimento automatico (Rif. IV3)

L'obiettivo del progetto è estrarre la massima informazione da eventi contenenti b-adroni a basso numero di punti, per cercare la produzione di nuove particelle all'LHC. Ti verrà chiesto di costruire un discriminante di apprendimento automatico, che identificherà in modo ottimale i vertici corrispondenti a tali b-adroni, e quindi ulteriori discriminanti per estrarre il segnale dallo sfondo previsto dalla fisica nota.

Per tutta la durata del progetto, lavorerai all'interno del gruppo "collider" di Fisica Sperimentale delle Particelle. Interagirai quotidianamente con docenti, personale di ricerca e altri studenti. Se non sei già un programmatore esperto, acquisirai rapidamente le competenze informatiche (es. C++ e programmazione python) necessarie per completare con successo il tuo progetto. Fondamentale anche una buona predisposizione al lavoro di squadra.

Lettura ottica per calorimetria ad alta precisione (Rif. IV4)

Nel contesto della ricerca e sviluppo per la costruzione di calorimetri per futuri collisori di leptoni, la lettura ottica di tale dispositivo deve essere completamente caratterizzata. Utilizzerai un banco prova disponibile nel laboratorio di Fisica Collider per sviluppare e testare un sistema di lettura ottica basato su fibre ottiche lette da fotomoltiplicatori al silicio. Il risultato del lavoro servirà come base per lo sviluppo futuro del prototipo finale del calorimetro.

Per tutta la durata del progetto, lavorerai all'interno del gruppo "Collider" di Fisica Sperimentale delle Particelle. Interagirai quotidianamente con docenti, personale di ricerca e altri studenti. Il progetto sarà fortemente basato su hardware, anche se saranno utili alcune capacità di analisi del computer.

Fisica teorica delle particelle

Questi progetti sono ideali per gli studenti del Master in Fisica e del Master in Fisica delle particelle, anche se sei invitato a parlare con il supervisore del progetto se stai studiando un altro corso di Master e hai sufficiente esperienza pertinente.

Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla pagina del loro profilo.

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Fisica dei jet all'LHC (Rif. AB1)

I getti adronici, gruppi altamente collimati di adroni energetici, sono onnipresenti nella fisica delle particelle di oggi. Lo studente apprenderà la Cromodinamica Quantistica (QCD), la teoria alla base della fisica dei getti, e sarà in grado di calcolare un osservabile che coinvolge i getti, rilevante sia per studi di precisione che per nuove ricerche di fisica all'LHC. Durante il progetto lo studente acquisirà inoltre familiarità con vari strumenti tecnici, come metodi per l'analisi numerica, e la programmazione in vari linguaggi (FORTRAN, C++, Perl, Python).

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Progetto 1: Gravità quantistica e teoria dei campi quantistici (Rif. XC1)

I progetti sono disponibili all'interfaccia della relatività generale e della teoria quantistica dei campi. Potresti studiare applicazioni alla cosmologia, alla materia oscura, alle correzioni gravitazionali quantistiche ai buchi neri, alle onde gravitazionali, alle singolarità, all'inflazione, ecc. utilizzando metodi teorici di campo efficaci. Mentre il potere dell'approccio teorico efficace alla gravità quantistica è la sua indipendenza dal modello, potresti anche considerare come abbinare l'azione effettiva per la gravità quantistica alle teorie UV complete fondamentali della gravità quantistica come la teoria delle stringhe.

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È possibile che in natura ci siano più di tre dimensioni spaziali. Queste dimensioni extra potrebbero essere responsabili delle proprietà osservate delle particelle, ad es. loro masse e accoppiamenti. In questo progetto studierai una versione dimensionale più elevata del Modello Standard e studierai le sue conseguenze per i collisori di particelle, come l'LHC.

Rottura della simmetria elettrodebole nell'universo primordiale (Rif. SH2)

Nel primissimo universo la simmetria elettrodebole del Modello Standard era ininterrotta, cioè non era presente alcun campo di Higgs. Le estensioni del Modello Standard prevedono che la rottura di questa simmetria sia avvenuta tramite una transizione di fase termica del primo ordine (EWPT). Questo processo potrebbe essere l'origine dell'asimmetria barionica cosmica e generare un segnale osservabile di onde gravitazionali. Studierai le proprietà dell'EWPT (cioè il salto nel campo di Higgs, il calore latente, ecc.) in un modello con campi di Higgs extra e ne deriverai conseguenze per la fisica delle particelle e la cosmologia. Questo sarà fatto analizzando il potenziale termico dei campi di Higgs. Uno degli obiettivi è verificare se il modello è in grado di generare l'asimmetria barionica.

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Tecniche per calcoli multi-loop in Teoria Quantistica dei Campi (Rif. SJ1)

I diagrammi ad anello giocano un ruolo importante nella teoria quantistica dei campi sia per questioni concettuali che fenomenologiche. Studierai alcune tecniche all'avanguardia come l'integrazione per parti, la scomposizione dei settori o il metodo delle equazioni differenziali e le applicherai alla valutazione di sistemi di integrali di Feynman. Il progetto richiede sia un'elevata capacità matematica che la volontà di manipolare lunghe espressioni algebriche.

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Gravità quantistica in dimensioni superiori (Rif. DL1)

Molti modelli di teoria delle particelle presuppongono che la teoria fondamentale della gravità coinvolga più di 4 dimensioni. In questo progetto, esplori la gravità a più dimensioni e le sue connessioni con la teoria a 4 dimensioni usando il gruppo di rinormalizzazione.

Comportamento infrarosso della gravità (Rif. DL2)

In questo progetto, esplorerai le modifiche alla gravità indotte da effetti quantistici a lunga distanza. Svilupperai un codice per studiare le equazioni dei gruppi di rinormalizzazione per la gravità. Vogliamo capire se gli effetti dell'infrarosso porteranno a una modifica della legge della forza gravitazionale.

Transizioni di fase e gruppo di rinormalizzazione (Rif. DL3)

Le transizioni di fase in Natura sono continue (secondo ordine) o discontinue (primo ordine). In questo progetto, applicherai le tecniche del gruppo di rinormalizzazione per analizzare le transizioni di fase del primo ordine come rilevanti per es. la transizione di fase QCD.

Limite di N grande in teoria dei campi (Rif. DL4)

Questo progetto si occupa del limite di grandi N nella teoria dei campi, dove N è il numero di campi. Vogliamo capire se le transizioni di fase e il comportamento critico cambiano in questo particolare limite, oppure no. Come applicazione, esamineremo il fenomeno seminale di Bardeen, Moshe e Bander nelle teorie scalari 3D, che vogliamo comprendere utilizzando la moderna tecnica dei gruppi di rinormalizzazione.

Buchi neri, gravità quantistica e geometria non commutativa (Rif. DL5)

Questo progetto mira a confrontare le caratteristiche salienti della fisica dei buchi neri modificate dalla gravità quantistica o dagli effetti della geometria non commutativa. Imparerai le basi di entrambi i set-up e valuterai le somiglianze e le differenze di questi due approcci quando applicati ai buchi neri.

Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla loro pagina del profilo

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Progetto Econofisica (Rif. XC2)

Il prezzo delle opzioni è un problema importante nella finanza matematica. In questo progetto imparerai a conoscere i modelli per le opzioni di prezzo come i modelli Black Scholes o Merton Garman e svilupperai nuove tecniche matematiche per risolvere le risultanti equazioni differenziali alle derivate parziali. Indagherai sul ruolo delle simmetrie nei modelli di prezzo delle opzioni. Per questo progetto è richiesto un background in finanza matematica.

Centro del Sussex per le tecnologie quantistiche

Questi progetti sono ideali per gli studenti del Master in Fisica e MSc Frontiers of Quantum Technology, anche se sei invitato a parlare con il supervisore del progetto se stai studiando un altro corso di Master e hai sufficiente esperienza pertinente.

Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla pagina del loro profilo.

Per ulteriori informazioni sui progetti elencati di seguito, utilizzare i dettagli forniti nella pagina del profilo del supervisore. NOTA BENE IL PROF GARRAWAY NON È DISPONIBILE PER LA DIREZIONE DEI PROGETTI NEL 17/18.

Decadimento dei sistemi quantistici (Rif. BG1)

Ci sono due scelte di progetto qui che guardano alle questioni nel tema della decoerenza, o il decadimento dei sistemi quantistici. Nel primo progetto esaminerai come un sistema quantistico accoppiato a un ambiente può essere inteso come un sistema accoppiato a una catena di oscillatori quantistici. Questo è stato di recente interesse per la comprensione della fotosintesi. Il progetto modellerà un sistema semplice utilizzando la catena ed esaminerà come l'eccitazione viaggia lungo la catena. Nel secondo progetto sarà realizzato un modello di un sistema quantistico a tre risonanze, che pone interessanti problematiche per semplici rappresentazioni e approssimazioni al sistema a causa delle interferenze.

Controllo di atomi freddi con reticoli elettromagnetici (Rif. BG2)

Gli atomi ultrafreddi e i BEC hanno il potenziale per rivoluzionare la tecnologia, ad esempio, dell'interferometria, del rilevamento della rotazione e della gravimetria. Il miglioramento di questa tecnologia richiede nuovi tipi di trappole atomiche in fase di progettazione e costruzione. Questo progetto di teoria esaminerà i metodi per espellere gli atomi dalle loro trappole e in particolare esaminerà l'uso di reticoli elettromagnetici (come le onde stazionarie) per creare distribuzioni di quantità di moto dagli atomi freddi (cioè un divisore di fascio per gli atomi).

Atomi freddi nelle trappole rf (Rif. BG3)

In questo progetto esaminerai il comportamento degli atomi freddi in trappole ibride composte da campi magnetici ed elettromagnetici. È possibile eseguire la modellazione degli esperimenti. Di particolare interesse sono i potenziali a doppio pozzo che portano ad applicazioni nell'interferometria delle onde di materia. (La capacità di calcolo è essenziale.)

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Tecnologia ionica quantistica

La teoria quantistica può avere potenti applicazioni grazie alla possibilità di implementare nuove tecnologie quantistiche come il computer quantistico. Mentre un tale dispositivo potrebbe avere applicazioni di sicurezza commerciale e nazionale molto importanti a causa dell'esistenza di algoritmi di fattorizzazione quantistica, la sua esistenza rivoluzionerebbe la scienza moderna consentendo vere simulazioni quantistiche di sistemi che possono essere modellati in modo classico solo in modo insufficiente a causa di una limitazione di principio dell'attuale tecnologia informatica. I recenti sviluppi nella tecnologia di intrappolamento ionico mostrano che dovrebbe essere possibile costruire un computer quantistico con ioni intrappolati. Nel gruppo Ion Quantum Technology del Sussex, stiamo costruendo un computer quantistico elementare, uno sforzo che avrà sede nel Sussex ma includerà collegamenti a strutture di nanofabbricazione, gruppi di intrappolamento ionico e teorici in tutto il mondo. (Ulteriori informazioni, incluso un tour virtuale del laboratorio, sono disponibili all'indirizzo: style="font-family: 'Arial',sans-serif">http://www.sussex.ac.uk/physics/iqt/

Raffreddamento di ioni itterbio mediante laser e microonde (Rif. WH1)

L'intrappolamento di singoli atomi viene descritto come uno degli esperimenti più impegnativi della fisica atomica. Questo progetto include un lavoro sperimentale nell'intrappolamento e nel raffreddamento di singoli ioni verso la realizzazione di un computer quantistico a trappola ionica. Questo progetto include parti sia teoriche che sperimentali. Imparerai a conoscere il raffreddamento laser e microonde degli ioni itterbio. Il gruppo IQT è recentemente riuscito a raffreddare gli ioni allo stato fondamentale della meccanica quantistica utilizzando le microonde, una novità mondiale. Lavorerai su questo esperimento e studierai modi per migliorare ulteriormente questo metodo e per estenderlo a più ioni, un prerequisito per molti esperimenti. Imparerai anche come allineare i laser sulla trappola ionica, utilizzare uno schema di blocco laser e gestire un complicato sistema di imaging.

Stabilizzazione di una configurazione di computer quantistico con trappola ionica itterbio (Rif. WH2)

Il gruppo IQT sta sviluppando un computer quantistico basato su ioni itterbio intrappolati che richiede una moltitudine di componenti innovativi per essere stabilizzati e protetti dal rumore esterno. Ciò include sistemi laser speciali e configurazioni per la generazione di microonde ad alta potenza. Come parte di questo progetto imparerai a conoscere le fonti di rumore rilevanti in laboratorio e studierai i metodi ottimali per proteggerti. Imparerai anche a conoscere i laser e le configurazioni per la generazione di microonde e come stabilizzarli al meglio &lsquoattivamente. Per raggiungere questo obiettivo, progetterai, costruirai e programmerai configurazioni di bloccaggio altamente efficienti basate su FPGA che costituiranno la base dei nostri esperimenti di calcolo quantistico che includono la generazione efficiente di entanglement ad alta fedeltà e rilevamento dello stato.

Chip di ioni avanzati (Rif. WH3)

Affinché il calcolo quantistico su larga scala possa avvenire, è necessario progettare array di trappole ioniche su larga scala che consentano l'esecuzione di operazioni di archiviazione, trasferimento e entanglement ottimali. Gli array sono costruiti all'interno di un microchip integrato. In questo progetto studierai come aggiungere funzionalità avanzate ai chip ionici come elaborazione del segnale digitale, cavità su chip, connessioni in fibra insieme a resistori e condensatori su chip. Inoltre, elaborerai ricette per l'applicazione delle microonde sul chip e l'implementazione di gradienti di campo magnetico. Identificherai importanti questioni nella nanofabbricazione di trappole ioniche e affronterai tali sfide con i progressi nella fisica della materia condensata.

Trasferimento di ioni intrappolati all'interno di array (Rif. WH4)

Nel nostro gruppo sviluppiamo array avanzati di trappole ioniche su un chip. Per trasportare ioni attraverso una tale serie di elettrodi, il movimento dello ione deve essere attentamente controllato. Questo progetto studia come gli ioni possono essere accuratamente trasportati in un tale array di trappole ioniche senza modificare il loro stato quantico di movimento. Studierai modi ottimali per trasportare singoli ioni e svilupperai sequenze di tensione che vengono applicate a più elettrodi per spostare gli ioni lungo una linea, trasportarli attraverso una giunzione o separare ioni che fanno parte di una stringa di ioni.

Creazione di entanglement (Rif. WH5)

La tecnologia quantistica, in particolare l'informatica quantistica, si basa sulla capacità di intrappolare gli ioni. L'entanglement è stato definito da Einstein "spooky" ed è una delle previsioni più controintuitive della fisica quantistica. In Sussex abbiamo sviluppato un metodo scalabile per creare entanglement usando le microonde. Questo progetto può comportare un po' di teoria, programmazione e lavoro sperimentale. Valuterai come aumentare la fedeltà del gate di entanglement al fine di ridurre i tassi di errore all'interno delle operazioni di calcolo quantistico.

Simulazioni quantistiche con ioni intrappolati (Rif. WH6)

Richard Feynman è stato il pioniere dell'idea che invece di provare a simulare sistemi quantistici con computer classici, è molto più efficiente utilizzare un sistema quantistico che può essere controllato in laboratorio per simulare un altro sistema quantistico che si vorrebbe capire. Esiste una vasta gamma di possibili simulazioni quantistiche che possono essere eseguite utilizzando ioni intrappolati da tutte le aree della fisica, inclusi gli effetti della teoria della relatività speciale di Einstein, il meccanismo di Kibble-Zurek, i momenti di creazione di particelle dopo il big bang e complessi fenomeni a molti corpi come la biologia quantistica e la chimica quantistica. Lo scopo di questo progetto è analizzare e sviluppare ulteriormente proposte teoriche per simulazioni quantistiche e condurre i corrispondenti esperimenti utilizzando ioni intrappolati nel Sussex.

Sviluppo di un sensore quantistico portatile (Rif. WH7)

I sensori costituiscono una parte importante della tecnologia quotidiana e possono essere trovati anche nei moderni telefoni cellulari. Le applicazioni sono infinite ed è in corso uno sforzo continuo per migliorarne la sensibilità.Un sensore quantistico utilizza gli effetti "strani" della meccanica quantistica per fornire un cambio di passo nella sensibilità ottenibile ed è visto come una delle tecnologie quantistiche più promettenti da commercializzare nel prossimo futuro. Il gruppo IQT sta lavorando allo sviluppo di un magnetometro portatile basato su trappola ionica che può essere utilizzato per rilevare i campi magnetici con una sensibilità senza pari. All'interno di questo progetto familiarizzerai con il funzionamento di un sensore quantistico. Per sviluppare un sensore quantistico portatile, un esperimento che riempie un intero laboratorio deve essere ridotto alle dimensioni di una scatola da scarpe. Imparerai a conoscere i componenti principali che compongono il nostro magnetometro a trappola ionica e svilupperai modi per ridurne significativamente le dimensioni. Ciò includerà lo sviluppo di sistemi laser e vuoto miniaturizzati.

Comunicare la tecnologia quantistica (Rif. WH8)

Un famoso fisico quantistico una volta proclamò che gli unici fisici che capiscono la fisica quantistica sono quelli che sanno di non capirla. All'interno di questo progetto analizzerai i fattori che portano alla difficoltà di ottenere una comprensione intuitiva della fisica quantistica. Una volta che questi fattori saranno chiari, elaborerai strategie per aggirare tali problemi e creerai una strategia per comunicare la ricerca sulla tecnologia quantistica a una serie di diversi gruppi target come il pubblico in generale, studenti di livello A e studenti universitari di fisica. Creerai quindi materiali appropriati come siti Web, simulazioni, applet, dispense e dimostrazioni pratiche per comunicare efficacemente la ricerca sulla tecnologia quantistica. Potrai anche misurare l'efficienza della strategia e dei materiali creati analizzando il suo effetto su vari gruppi target. L'esperienza nella realizzazione di siti Web altamente sofisticati e simulazioni interattive è fondamentale.

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Trappola ionica per Internet quantistico (Rif. MK1)

Per creare un "modem" per l'internet quantistica, i singoli ioni atomici devono essere accoppiati a una cavità ottica. Nel mio gruppo attualmente operiamo quattro trappole ioniche per esplorare schemi per implementare un tale modem per trasferire le informazioni quantistiche da uno ione ai fotoni che trasportano le informazioni attraverso la rete. In questo progetto progetterai, costruirai e testerai una nuova trappola ionica che è combinata con una cavità in fibra ottica ultra piccola. Il progetto parte dalla progettazione e simulazione della trappola e ne segue lo sviluppo fino all'effettiva implementazione.

Elaborazione del segnale basata su microcontrollore (Ref. MK2)

I circuiti elettronici sono indispensabili nella moderna tecnologia quantistica. Spesso, l'elaborazione richiesta dei segnali può essere facilmente eseguita con l'elettronica analogica. L'utilizzo di convertitori analogico-digitali veloci insieme a un microcontrollore può fungere da unità di elaborazione del segnale versatile. Il segnale viene digitalizzato ed elaborato dal microcontrollore programmabile e quindi riconvertito in segnale analogico.

L'obiettivo di questo progetto è la programmazione di un microcontrollore PIC che funga da versatile sistema di elaborazione del segnale. Include la progettazione e il test di circuiti elettronici periferici.

Laser per Internet quantistico (Rif. MK3)

I laser sono uno strumento indispensabile per creare la versione quantistica di Internet. Sono necessari per raffreddare, manipolare e preparare ioni intrappolati in uno stato quantico specifico (stato qubit). Inoltre, i laser sono necessari per controllare l'interazione di ioni e fotoni per generare singoli fotoni o per l'entanglement ione-fotone a lunga distanza, elementi costitutivi dell'internet quantistica. Come riferimento per tutti i laser, costruiamo un laser ad altissima precisione che fa riferimento a una cavità ottica all'avanguardia. In questo progetto migliorerai le prestazioni del laser e aiuterai a trasferire la sua stabilità ad altri laser in laboratorio. Inoltre, lavorerai per implementare questi laser nei nostri esperimenti su Internet quantistico.

Testare i fondamenti della fisica con i laser (Ref. MK4)

Le leggi della fisica, così come le conosciamo, richiedono un insieme di costanti fondamentali. Tuttavia, negli ultimi anni ci sono forti indizi che queste costanti stiano effettivamente cambiando nel tempo. Per misurare questo, abbiamo creato un sistema per eseguire la spettroscopia ad altissima risoluzione su singole molecole. Per questo abbiamo bisogno di laser unici che ci permettano di preparare le molecole in uno stato quantico specifico. In questo progetto costruirai un laser pulsato titanio:zaffiro che un sistema di conversione di frequenza per generare radiazioni laser nel lontano UV. Dott.ssa Fedja Orucevic

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Dinamica degli ioni intrappolati (Rif. FO1)

La capacità di confinare gli atomi in una piccola regione definita nello spazio ha portato a molti progressi nella scienza, specialmente nella fisica atomica. Oggi esiste una grande varietà di tali trappole e sono abitualmente utilizzate in molti laboratori in tutto il mondo, studiando questioni fondamentali come la fisica quantistica del non equilibrio e applicazioni come i nuovi standard temporali negli orologi atomici e nella misurazione di precisione della gravità gravitazionale ed elettromagnetica. campi.

In questo progetto, studieremo la dinamica delle particelle in potenziali formati esternamente e determineremo teoricamente le condizioni in cui il moto è prevedibile, stabile e limitato, in modo che il potenziale formi una trappola. Inoltre, esploreremo quando e come le instabilità iniziano a svolgere un ruolo all'inizio del movimento caotico. Sperimentalmente, progetteremo e costruiremo una semplice trappola mediante un'opportuna combinazione di elettrodi carichi in corrente continua e alternata. Mentre questo assemblaggio sarà in grado di intrappolare singoli atomi, lo testeremo con microsfere ionizzate il cui movimento è facilmente osservabile con un'ottica commerciale appropriata, permettendoci di confrontare i risultati sperimentali con le previsioni teoriche. L'equilibrio tra teoria ed esperimento può essere personalizzato per soddisfare gli interessi degli studenti e perseguire le scoperte più promettenti fatte durante il progetto.

Interferometro Mach-Zehnder e gomma quantica (Ref. FO2)

Studieremo e comprenderemo l'ottica di base con un focus sulla polarizzazione della luce e su come può essere influenzata da piastre d'onda, polarizzatori e divisori di fascio. Realizzeremo un interferometro Mach-Zehnder per creare due percorsi indistinguibili lungo i quali si propaga la luce proveniente da un'unica sorgente. Il contrasto della figura di interferenza risultante viene ridotto quando l'indistinguibilità dei percorsi viene eliminata, cioè quando l'informazione (parziale) su quale direzione diventa disponibile controllando la polarizzazione nei diversi percorsi ottici. Analizzeremo questo effetto in dettaglio e discuteremo la sua relazione con la famosa dualità onda-particella nella fisica quantistica. In questo contesto, indagheremo anche l'effetto della cancellazione quantistica, mostrando che il pattern di interferenza riapparirà se l'informazione ottenuta viene cancellata introducendo un polarizzatore dopo che i due fasci sono stati nuovamente sovrapposti. Questo esperimento è legato alla fisica fondamentale, all'ottica quantistica, alla decoerenza e alla transizione quantistica-classica.

Rumore nell'imaging dell'atomo freddo (Rif. FO3)

I laser sono uno strumento indispensabile per creare la versione quantistica di Internet. Sono necessari per raffreddare, manipolare e preparare ioni intrappolati in uno stato quantico specifico (stato qubit). Inoltre, i laser sono necessari per controllare l'interazione di ioni e fotoni per generare singoli fotoni o per l'entanglement ione-fotone a lunga distanza, elementi costitutivi dell'internet quantistica. Come riferimento per tutti i laser, costruiamo un laser ad altissima precisione che fa riferimento a una cavità ottica all'avanguardia. In questo progetto migliorerai le prestazioni del laser e aiuterai a trasferire la sua stabilità ad altri laser in laboratorio. Inoltre, lavorerai per implementare questi laser nei nostri esperimenti su Internet quantistico.

Nastro trasportatore per magnetometro a gas quantistico (Rif. FO4)

I recenti rapidi progressi nel campo del raffreddamento e dell'intrappolamento laser con la preparazione di routine di campioni freddi di nanokelvin di gas quantistici degenerati (condensati di Bose-Einstein) hanno portato a nuovi concetti nelle tecnologie quantistiche, ad es. per applicazioni informatiche, di comunicazione e metrologiche. Nel nostro laboratorio di ricerca stiamo lavorando su sensori di campo magnetico microscopici, la cui sensibilità di campo record dipende dalla bassa temperatura e dalle proprietà quantistiche del gas.

Un componente importante dell'apparato del microscopio è un meccanismo per spostare la sonda del sensore (un campione intrappolato di atomi condensati da Bose) molto vicino (micron) al campione. Questo trasporto dalla regione di raffreddamento dell'atomo alla regione campione su pochi centimetri sarà effettuato magneticamente. L'obiettivo del progetto è progettare e testare un circuito stampato (PCB) in grado di produrre i necessari campi magnetici variabili nel tempo. Utilizzeremo la tecnologia multistrato compatibile con l'ultraalto vuoto (UHV) e caratterizzeremo il dispositivo durante il funzionamento del nostro "nastro trasportatore" basato su chip atomico ultrafreddo. Il progetto prevede calcoli del campo magnetico, progettazione di PCB assistita da computer e lavoro sperimentale su una configurazione di atomo ultrafreddo esistente.

Modulatore acusto-ottico (Rif. FO5)

La miscelazione delle onde acustiche con la luce ha ampie applicazioni che vanno dalle stampanti laser agli esperimenti di fisica atomica. In questo progetto studierai un dispositivo acusto-ottico chiave, il modulatore acusto-ottico (AOM). Un cristallo trasparente viene esposto contemporaneamente a onde sonore e laser che si propagano ortogonalmente, in modo tale che la luce laser venga diffratta. Osserverai e interpreterai il modello di diffrazione e vedrai come il controllo dei parametri dell'onda sonora lo modifica. Nelle misurazioni interferometriche (battito) si determineranno gli spostamenti di frequenza indotti dall'AOM. Questo progetto è principalmente sperimentale, ma includerà anche alcuni aspetti teorici.

Laser nella moderna fisica atomica (Rif. FO6)

I laser sono strumenti essenziali negli esperimenti di fisica atomica, poiché la loro coerenza intrinseca e le piccole larghezze di riga consentono un controllo e una manipolazione molto precisi degli atomi. In un tipico esperimento di "atomi freddi" i laser vengono utilizzati per eseguire una varietà di compiti: raffreddare gli atomi di 6 ordini di grandezza in temperatura (fino a pochi microkelvin), manipolare gli stati interni degli atomi (pompaggio ottico), caratterizzare gli insiemi atomici (fluorescenza e imaging ad assorbimento), etc&hellip

In questo progetto proponiamo di integrare una nuova linea laser nel nostro esperimento sugli atomi freddi. La corretta implementazione e caratterizzazione di un laser consentirà allo studente di mettere in pratica ed espandere le proprie conoscenze in molti settori della fisica: fisica quantistica, ottica, elettromagnetismo, elettronica e teoria del feedback, programmazione e simulazione.

Inoltre, facendo funzionare il laser in un esperimento con un vero atomo freddo, lo studente avrà l'opportunità di familiarizzare con molti aspetti della moderna fisica atomica, come il raffreddamento del laser e la condensazione di Bose-Einstein.

Trappole magnetiche per atomi ultrafreddi (Rif. FO7)

Utilizzando sorgenti laser sintonizzabili a banda stretta, i gas atomici possono essere raffreddati a temperature microkelvin. Le corrispondenti energie termiche sono sufficientemente piccole da essere paragonabili agli spostamenti magnetici di Zeeman indotti da campi magnetici dell'ordine del campo terrestre. In questo progetto esploreremo come si possono formare trappole microscopiche per atomi freddi facendo passare correnti attraverso conduttori modellati su microchip. Inizieremo con semplici geometrie bidimensionali e campi statici e passeremo a complessità più elevate che coinvolgono correnti oscillanti nella gamma di frequenze radio e microonde (da MHz a GHz) e layout tridimensionali. Tali (micro)trappole magnetiche vengono utilizzate per immagazzinare atomi per un ulteriore raffreddamento oltre la capacità dei laser, nonché per esperimenti e applicazioni tecnologiche della fisica quantistica.

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Micro-pettini ottici ultraveloci

Sfondo: I pettini di frequenza ottici (OFC) sono spesso indicati come righelli ottici: il loro spettro è costituito da una sequenza precisa di linee discrete e equidistanti, che rappresentano precisi "segni" in frequenza. L'importanza dei pettini è stata riconosciuta nel Premio Nobel 2005 a T. W. Hänsch e J. Hall. C'è una convinzione comune che gli OFC avranno un ruolo chiave nell'elaborazione del segnale per la sintesi e la misurazione di un segnale arbitrario, influenzando direttamente campi che vanno dalle telecomunicazioni ottiche al fotonico a microonde. Infine, gli OFC dovrebbero avere un forte impatto nella spettroscopia per la rilevazione di gas a bassa concentrazione, e trovare applicazioni nel monitoraggio dei gas pericolosi nell'atmosfera, migliorando la sicurezza e la salute della popolazione, ma anche nel processo produttivo di eg industria elettronica o farmaceutica, o nel controllo del respiro, fornendo uno strumento di scansione medica non invasivo.

Nel Regno Unito, gli orologi atomici in miniatura sono riconosciuti come una tecnologia quantistica 2.0 (EPSR-DSTL UK quantum technology landscape 2014). Gli orologi atomici portatili sono considerati cruciali per lo sviluppo della prossima generazione di sensori, telecomunicazioni, sistemi informatici e di navigazione. Attualmente, esistono diversi programmi di ricerca in tutto il mondo per sviluppare nuovi sistemi di orologi atomici portatili basati su atomi o ioni ultrafreddi. Per questi sistemi, gli OFC compatti sono una tecnologia chiave.

Pettine ottico di frequenza da non linearità quadratiche (Rif. AP1E per il profilo sperimentale e AP1T per il profilo teorico)

Questo progetto fa parte dell'azione di ricerca sui pettini di frequenza ottica ultraveloce dell'Università del Sussex all'interno del Quantum Technology Hub on Sensors and Metrology. Nel 2012 il dott. Pasquazi e collaboratori hanno dimostrato per la prima volta un nuovo tipo di laser (si può fare riferimento a Nature Commun. 3, 765 (2012) e Opt. Express, 21, 13333 (2013)) che consente un agile generazione di pettini ottici. Questo tipo di sorgente basa il suo meccanismo di funzionamento su non linearità cubiche ottiche nei microrisonatori ottici. Tali non linearità sono piuttosto deboli nei materiali ottici altamente trasparenti (silice e altri vetri), quindi sono necessari risonatori ad alto fattore Q per migliorare il campo interno al fine di indurre una dinamica non lineare significativa.

Le non linearità ottiche quadratiche presenti nei cristalli non centrosimmetrici sono in generale più forti della loro controparte cubica. Tuttavia, il meccanismo interno che induce i pettini ottici in un risonatore non può funzionare con non linearità quadratiche. L'idea chiave di questo progetto di ricerca è quella di "cascare" due processi quadratici per ottenere un processo cubico non lineare equivalente che è ordini di grandezza più forte del suo equivalente "naturale". Sebbene questo processo sia molto ben esplorato in molte geometrie di massa, non è mai stato esplorato in dispositivi risonanti, né è stato sfruttato per generare un pettine ottico. Il progetto si compone di due parti, quindi cerchiamo due profili differenti:

AP1E: sarai impegnato nella dimostrazione sperimentale del primo pettine di frequenza ottico basato su non linearità quadratiche. Familiarizzerai con la fisica delle non linearità ottiche quadratiche e anche con la sfida sperimentale di costruire una cavità laser non lineare. Riceverai una formazione sperimentale specifica ed eventualmente progetterai e assemblare (in collaborazione con un team) il dispositivo.

AP1T: sarai impegnato nello sviluppo del background fotonico teorico del sistema. Acquisirai competenza in simulazioni elettromagnetiche ad alte prestazioni di sistemi basati su equazioni di Schrödinger non lineari accoppiate. Riceverai una formazione specifica sulla modellazione di problemi elettromagnetici e fotonici e contribuirai alla progettazione di un simulatore elettromagnetico in grado di riprodurre la dinamica non lineare della cavità.

Pompaggio sincrono di micropettini non lineari (Rif. AP2)

I micropettini sono dispositivi in ​​grado di generare pettini a frequenza ottica basati su microrisonatori ottici. L'approccio più comune per generare il pettine è accoppiare nel dispositivo una luce laser monocromatica a onda continua con lunghezza d'onda corrispondente a una risonanza del microrisonatore. Nei microrisonatori di alta qualità la lunga durata della cavità produce un miglioramento del campo interno. L'intensità interna è quindi molto elevata e in grado di eccitare la non linearità intrinseca del risonatore, determinando un fenomeno noto come oscillazione parametrica ottica (Kippenberg et al. Scienza 332 555, 2011). Per una serie di ragioni fisiche il grado di controllo su tale fenomeno è molto limitato e ottenere un pettine di buona qualità (cioè un pettine con righe spettrali che oscillano in maniera perfettamente sincronizzata) è una vera sfida. In questo progetto sperimenterai un nuovo approccio, pompando un dispositivo risonante non lineare con un treno di impulsi ottici sub-ps ultraveloci (quindi acquisirai una competenza specifica nei laser ultraveloci). In particolare si indagherà il potenziale grado di libertà dato da questo approccio mirato alla dimostrazione di pettini di frequenza ottica di alta qualità. Svilupperai una comprensione significativa della fisica dei dispositivi ottici non lineari e anche una significativa esperienza di prima mano con sorgenti laser ultraveloci.

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Scienza ultraveloce Terahertz

Sfondo: L'interesse principale dell'Emergent Photonics Lab è la fotonica ultraveloce con due importanti linee di ricerca in Terahertz Photonics e Complex Photonics. TIMING è un progetto multidisciplinare finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (per un valore di circa 1,7 Milioni di GBP). Implica nuovi approcci all'imaging e alle interazioni esotiche campo-materia non lineari, compresi i processi che generano onde Terahertz. La chiave del successo del progetto sono gli elementi ereditati direttamente dalla propagazione in supporti ottici complessi. Questo progetto interseca trasversalmente il nucleo dei nostri interessi di ricerca. È probabile che i risultati abbiano un impatto chiave in diversi settori, dal rilevamento ambientale alla metrologia, alla sicurezza, alla produzione farmaceutica, alla medicina e altri. Questi progetti di Master completeranno i nostri sforzi nelle tecnologie diagnostiche basate sull'interazione non lineare della materia di campo con impulsi ultracorti. Il candidato avrà accesso all'Emergent Photonics Laboratory (EPic) http://www.sussex.ac.uk/physics/epic/, una struttura di 110 m^2 che comprende uno spettro molto ampio di fotonica all'avanguardia attrezzature (che rappresentano un investimento totale superiore a 1,1 milioni di GBP da diverse fonti di finanziamento):

-Sorgenti ottiche ultraveloci ad alta energia ([email protected] Ppeak>50GW)

-Diversi tipi di oscillatori laser ultraveloci (Ti:Sa, oscillatori in fibra drogata con Er, oscillatori parametrici ottici)

-Due pettini ottici ultraveloci stabilizzati con orologio atomico

-Diagnostica ultraveloce microonde su ottica (es. generatori, modulatori e rivelatori)

-Sistemi di acquisizione elettronici ultraveloci (80GS/s con larghezza di banda >36GHz)

-Diversi banchi di lavoro diagnostici per impulsi terahertz, medi infrarossi e ottici ultracorti

-Fonti Terahertz ad alta energia

Il progetto si dispiega all'interno di una fertile collaborazione internazionale di ricercatori. Il candidato prescelto entrerà a far parte di un team interdisciplinare.

Imaging Terahertz ultraveloce (Rif. MP1)

In questo progetto, impulsi Terahertz estremamente brevi (ultra veloce) sarà utilizzato per produrre un'immagine elettromagnetica tridimensionale completa di un oggetto, rivelando la sua struttura interna. Questo specifico approccio di imaging si basa sul Spettroscopia nel dominio del tempo, una specifica tecnica di sondaggio che non ha equivalenti in altre bande elettromagnetiche: le parti interne di un oggetto vengono percepite sfruttando i ritardi tra gli echi elettromagnetici generati, in un metodo alquanto simile all'imaging ad ultrasuoni. In questo progetto acquisirai la necessaria comprensione fisica dell'interazione campo-materia non lineare alla base del rilevamento della generazione di Terahertz. Farai parte del team che progetterà il sistema di imaging e gestirà direttamente la generazione di impulsi ottici intensi. Sarai inoltre impegnato nella ricostruzione (acquisizione elettronica + software) dell'immagine 3D elettromagnetica dai segnali rilevati.

Materiale mimetico per il dominio Terahertz (Ref. MP2)

In questo progetto di ricerca esploriamo strutture che possono acquisire specifiche proprietà elettromagnetiche Terahertz da un secondo oggetto al contatto. In questo sforzo di ricerca svilupperai la comprensione della simulazione di dispositivi plasmonici, ovvero strutture elettromagnetiche che operano grazie a un accoppiamento tra fotone ed elettroni. Questo progetto è condotto dall'Università del Sussex in collaborazione con l'INRS-EMT (Canada). Come parte del nostro team di ricerca progetterai una struttura elettromagnetica Terahertz adatta allo scopo che verrà fabbricata dal nostro team. Testerai anche i dispositivi per dare un feedback al processo di progettazione. I dettagli sulle specifiche tecnologie e applicazioni mirate saranno discussi direttamente con te, possibilmente in base a un accordo di non divulgazione.

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Sviluppo del microscopio a microonde Quantum

Sfondo: Lo scopo di questo ambizioso progetto è lo sviluppo di un pionieristico microscopio quantistico a microonde che utilizzi un singolo elettrone catturato in una trappola ionica del chip come sensore/emettitore a microonde quantistiche. Un elettrone in una trappola è noto come atomo di geonio, un oggetto quantistico artificiale con proprietà progettate e manipolate dallo sperimentatore con grande controllo. L'elettrone intrappolato si è dimostrato un sistema eccezionale per testare le leggi della fisica con un'accuratezza estremamente elevata. Nel laboratorio di geonium chip del Sussex (www.geoniumchip.org) stiamo sviluppando una nuova trappola ionica chip, che utilizzerà un elettrone intrappolato come trasduttore quantistico della radiazione a microonde. L'elettrone è il rivelatore ed emettitore di campi a microonde più accurato e sensibile, con la massima sensibilità al singolo fotone. Ciò consente di implementare le più avanzate tecniche di metrologia quantistica per testare e misurare sistemi (ad esempio tessuti o materiali umani) con radiazioni a microonde, utilizzando l'entanglement e altre risorse quantistiche. Molte applicazioni possono essere previste con un sensore/emettitore di microonde così ultrasensibile. Nel nostro laboratorio, miriamo a sviluppare un microscopio rivoluzionario, operante nel dominio delle microonde, con la tecnologia dell'atomo di geonio. Ciò potrebbe consentire di superare gli attuali limiti di sensibilità dei microscopi a microonde, consentendo possibilità di osservazione senza precedenti di sistemi naturali o artificiali. Diversi progetti sperimentali sono offerti. I dettagli del progetto verranno discussi con gli studenti a seconda dei loro interessi. Le tecnologie rilevanti che verranno utilizzate includono la superconduttività, l'elettronica RF, l'ingegneria delle microonde, la criogenia, la progettazione e le misurazioni del campo magnetico, la progettazione e la simulazione di chip e altre. A candidati eccellenti potrebbe essere offerta una posizione di dottorato interamente finanziata dopo il completamento con successo del progetto.

Competenze trasferibili: Competenze di laboratorio, progettazione di circuiti, ingegneria delle microonde, superconduttività, RF-elettronica, Lab-View, analisi dei dati, criogenia, tecniche del vuoto, analisi FFT, analisi di reti vettoriali, progettazione e simulazione di chip, lavoro di squadra (con persone all'interno e all'esterno del Sussex).

[1] J. Verdu, Nuovo J. Phys. 13, 113029 (2011)

[2] A. Cridland et al, Fotonica 3, 59 (2016)

[3] M. Lanzagorta, Radar quantistico, Morgan e Claypool (2011)

Stabilizzazione del campo magnetico (Rif. JVG1)

Questo progetto sperimentale mira a sviluppare uno schermo superconduttore per eliminare eventuali fluttuazioni del campo magnetico indotte dall'esterno nella regione di intrappolamento. La stabilità del campo magnetico è fondamentale per una buona caratterizzazione delle particelle intrappolate e per il funzionamento del chip di geonium come sensore/emettitore di fotoni a microonde per applicazioni di microscopi quantistici a microonde e radar quantistici. In questo progetto lo studente progetterà, simulerà, realizzerà e misurerà strutture superconduttive ad anello chiuso utilizzando YBCO o NbTi. Queste strutture verranno misurate utilizzando un sensore di Hall e un criostato di azoto liquido o He liquido.

Rilevazione di un elettrone intrappolato (Rif. JVG2)

Questo progetto sperimentale si concentrerà sull'ottimizzazione del sistema di rilevamento criogenico impiegato per l'osservazione di un singolo elettrone intrappolato per il microscopio a microonde quantico / radar quantistico. Il sistema di rivelazione è costituito essenzialmente da un risonatore elicoidale superconduttore e da un amplificatore criogenico realizzato con componenti discreti (transistori pHEMT FET). Il progetto si concentrerà sulla misurazione e caratterizzazione dei diversi tipi di transistor GaAs disponibili in grado di funzionare a temperature criogeniche. Dopo la caratterizzazione dei transistor verrà implementato e misurato un amplificatore criogenico a basso rumore utilizzando un analizzatore di rete vettoriale. Il progetto prevede l'uso di software LabView, Mathematica, ADS, apparecchiature di misura e test RF e criostati 4K.

Raffreddamento dell'elettrone fino allo stato fondamentale quantistico (Rif. JVG3)

Questo progetto sperimentale si concentrerà sullo sviluppo di un sistema di crio-raffreddamento da 80 mK in grado di raffreddare il movimento dell'elettrone fino al suo stato fondamentale quantistico. Il sistema di crio-raffreddamento da 80 mK opererà un frigorifero a smagnetizzazione adiabatica che sarà accoppiato a un crio-raffreddatore Gifford-McMahon 4K a ciclo chiuso. Il progetto prevede la progettazione, la fabbricazione e la misurazione di diversi componenti, come schede di termalizzazione, filtri antirumore, attenuatori RF e MW, conduttori di corrente, dissipatori di calore e altri, tutti necessari per raggiungere il regime di temperatura estremamente bassa di 80 mK.

Implementazione dell'illuminazione quantistica a microonde con elettroni intrappolati (Rif. JVG4)

Questo progetto sperimentale si concentrerà sull'implementazione del protocollo di illuminazione quantistica utilizzando un elettrone come sensore ed emettitore di radiazioni a microonde entangled. Questo obiettivo è fondamentale per la microscopia quantistica a microonde e le applicazioni radar quantistiche. Questo progetto è molto ambizioso e sarà offerto solo a candidati di prima classe con la possibilità di continuare con una posizione di dottorato interamente finanziata dopo la fine del Master. I dettagli del progetto verranno discussi con il candidato.

Nanomateriali ed energia Questi progetti sono adatti agli studenti del corso MSc Nanomateriali ed energia.
Dr Alice King (Rif AAK1)

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Scaffold di nanomateriali per l'ingegneria dei tessuti

Il modo in cui la struttura delle cellule si altera e si sviluppa in risposta al substrato e ai suoi vicini è fondamentale per lo sviluppo dei tessuti e anche per il ruolo del cancro. Sempre più spesso il ruolo delle proprietà topografiche e meccaniche dell'ambiente cellulare circostante viene identificato come chiave per la dinamica strutturale di una cellula che rileva la durezza, l'elasticità e la stabilità su scala nanometrica. In questo progetto progetteremo scaffold tissutali da vari nanomateriali (inclusi grafene e dichalcogenuri di metalli di transizione), con una gamma di proprietà fisiche e chimiche che possiamo ottimizzare e adattare per stimolare varie risposte cellulari e controllare la crescita dei tessuti.

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Proprietà elettromeccaniche delle reti nanostrutturate

In questo progetto, lo studente realizzerà e caratterizzerà materiali compositi basati su reti percolanti di materiali 2D infiltrati in una matrice polimerica flessibile. Si prevede che tali sistemi dovrebbero mostrare grandi cambiamenti nella conduttività elettrica man mano che i materiali vengono sollecitati. In definitiva, il materiale composito potrebbe fungere da sensore di deformazione ideale in un'ampia varietà di applicazioni, in particolare nel settore sanitario, dove le misurazioni sensibili della deformazione sono fondamentali per monitorare la frequenza cardiaca, il movimento del torace, la flessione articolare e la ventilazione del paziente. Altrove, il materiale potrebbe essere incorporato in tecnologie indossabili per il monitoraggio delle prestazioni sportive e potrebbe portare a nuovi progressi nei "robot morbidi" che stimolano le proprietà dei sistemi biologici.

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Durata dei sensori di deformazione nanocompositi

I materiali elastici a base di polimeri con nanoriempitivi come il grafene infusi sono visti come il futuro del settore sanitario mentre emergiamo nell'era digitale. Misurando le funzioni corporee in tempo reale con sensibilità che superano di gran lunga quella degli attuali materiali commerciali, i sensori di deformazione nanocompositi sono visti come un percorso realistico verso la commercializzazione delle nanotecnologie. Un aspetto di questi materiali che non viene considerato è la loro durata. Questi materiali devono avere una lunga durata e segnali sostenibili nell'applicazione. Tuttavia, con cicli di misurazione ripetuti, è riportato che ci saranno variazioni nel segnale osservabile del nanocomposito con conseguenti variazioni di ampiezza. In questo progetto, lo studente esplorerà come le proprietà intrinseche dei nanofiller (cioè le proporzioni e la forma geometrica) e il tipo di polimero influenzano l'ampiezza del segnale durante le condizioni di ciclo.

Fisica spaziale Per ulteriori dettagli, si prega di parlare con il supervisore del progetto utilizzando i dettagli di contatto sulla pagina del loro profilo.
Dr Grammatiki Lioliou

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Analisi computazionale per la spettroscopia elettronica planetaria (Rif GL1) La comprensione delle interazioni tra gli elettroni incidenti e un rivelatore di radiazioni a semiconduttore è cruciale per la spettroscopia elettronica, poiché consente l'analisi quantitativa degli spettri elettronici accumulati e quindi la determinazione dell'ambiente elettronico (ad es. ambiente o l'ambiente della radiazione solare sulle comete). In questo progetto computazionale, gli elettroni che interagiscono con diverse strutture di rivelatori di radiazione a semiconduttore a banda larga saranno simulati nel programma CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids). Le traiettorie degli elettroni risultanti verranno quindi analizzate con MATLAB e verrà identificata l'energia degli elettroni depositata nella regione attiva del rivelatore. L'enfasi sarà data nello studio degli effetti sia dell'angolo di incidenza dell'elettrone relativo alla faccia del rivelatore sia di quello della dimensione finita del rivelatore rispetto agli spettri di elettroni che si prevede vengano rilevati. Il dottor Michael Whitaker

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Modellazione degli spettri di 63Ni e beta-particelle (elettroni) e studio degli effetti dell'autoassorbimento (Ref MW1)

Gli spettri di elettroni risultanti da una sorgente di radioisotopi 63Ni vengono spesso utilizzati per studiare le prestazioni di prototipi di spettrometri di elettroni che potrebbero essere adatti per future missioni di scienze spaziali. Tali indagini richiedono che la sorgente di radioisotopi 63Ni e gli spettri degli elettroni emessi siano ben caratterizzati e compresi. Un aspetto che ha un impatto significativo sugli spettri degli elettroni emessi è lo spessore della stessa sorgente di radioisotopi 63Ni.
In questo progetto verrà studiata la relazione tra lo spessore della sorgente di radioisotopi 63Ni e il suo effetto sugli spettri degli elettroni emessi. Il lavoro includerà la modellazione computazionale Monte Carlo utilizzando CASINO (monte CARlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids), l'analisi dettagliata utilizzando MATLAB e lo sviluppo di un modello che calcola gli spettri di elettroni emessi per una sorgente di radioisotopi 63Ni di un dato spessore.



Commenti:

  1. Virgilio

    Scusa, ma ne ho bisogno un altro. Cos'altro potrebbe suggerire?

  2. Arakus

    Mi congratulo, quali parole necessarie ..., l'ottima idea

  3. Zolomi

    Qualcosa di nuovo, scrivi molto esche.

  4. Meztishakar

    Completamente condivido la tua opinione. In esso qualcosa è anche per me questa idea è piacevole, sono completamente con te sono d'accordo.



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