Dinámica y termodinámica de sistemas no extensivos

• Autores: Ison, Matías Julián
• Año de publicación: 2006
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Dorso, Claudio Oscar
• Materia: FRAGMENTACION; SISTEMAS NO EXTENSIVOS; TRANSICIONES DE FASE; INEQUIVALENCIA DE ENSAMBLES; COLISIONES DE NUCLEOS PESADOS; FISICA COMPUTACIONAL; DINAMICA MOLECULAR; FRAGMENTATION; NON-EXTENSIVE SYSTEMS; PHASE TRANSITIONS; ENSEMBLE INEQUIVALENCE; HEAVY ION COLLISIONS; COMPUTATIONAL PHYSICS; MOLECULAR DYNAMICS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Esta tesis presenta un estudio de la mecánica estadística de sistemas no extensivos. En particular trataremos en forma abarcativa el proceso de fragmentación de sistemas clásicos que interactúan mediante diversos potenciales, de corto y largo rango, sujetos a condiciones de contorno significativamente diferentes mediante técnicas de Dinámica Molecular. El uso de potenciales que connan al sistema permite el estudio de aspectos generales de la termodinámica de sistemas en equilibrio lejos del límite termodinámico. Mediante la utilización de condiciones de contorno abiertas, que dejan al sistema evolucionar en el vacío, analizamos varios aspectos relacionados con la falta de equilibrio en el mismo. Los resultados presentados apuntan a contribuir al entendimiento de los fundamentos de la mecánica estadística y a proveer un marco referencial de particular interés para el problema de multifragmentacion nuclear y por extensión a la física de agregados que evaporan. En relación a los sistemas nitos diluidos en equilibrio mostramos evidencias de una transición de fase de primer orden entre un estado tipo líquido, donde el sistema forma una gran gota, a un estado tipo gaseoso, donde el sistema se encuentra formado por fragmentos livianos y partículas libres. Identificamos el origen de comportamientos anómalos desde el punto de vista de la mecánica estadística usual: calores específicos negativos e intrusos convexos en la entropía microcanónica, signaturas de la transición de fase en los sistemas finitos. En particular mostramos que, contrariamente a lo que se creía anteriormente, la aparición de capacidades caloríficas negativas no se debe a la presencia de interacciones de largo rango ni a metaestabilidades, sino a la generación de superficies internas en el espacio configuracional. El análisis de sistemas que evolucionan libremente nos permitió confirmar que estos alcanzan cierto grado de equilibrio local alrededor de un modo colectivo de expansión. Esto hizo posible proponer termómetros que dieron lugar a la confirmación de que la temperatura del sistema alcanza una meseta para altas energías, resultado particularmente relevante en el campo de las colisiones nucleares a energías intermedias. Otros resultados novedosos que se presentan en esta tesis incluyen haber encontrado la presencia y la vinculación existente entre las uctuaciones anormalmente grandes de la energía cinética del sistema y la distribución de masas asintóticas, y el análisis del problema de la reducibilidad en la fragmentación de sistemas clásicos
This thesis presents a statistical mechanics study of non-extensive systems. In particular, we present an in-depth study of the fragmentation process of classical systems interacting via diverse potentials,both short and long-ranged, under significantly different boundary conditions, by means of Molecular Dynamics techniques. With the utilization of conning potentials a study of general aspects of the thermodynamics of systems at equilibrium far away from the thermodynamic limit is performed. Open boundary conditions, which let the system freely expand in vacuum, allow an exploration of the nonequilibrium features of the process. Our goal in this thesis is to contribute to the understanding of the fundamentals of statistical mechanics on one hand, and on the other hand to provide a general framework of particular interest to the nuclear multifragmentation problem and by extension to the melting of atomic clusters. Concerning equilibrated nite systems we present evidences of a first order phase transition between a liquid-like state, where the system behaves as a big drop, to a vapour-like state, where the system is composed by light clusters and free particles. We identified the origin of anomalous behaviors from the point of view of standard statistical mechanics, like negative heat capacities and convex intruders in the microcanonical entropy, signatures of a phase transition in nite systems. In particular we show that, contrary to previous belief, their appearance are not due to the presence of long-range interactions neither to metastabilities but to the development of internal surfaces in configuration space. By studying systems freely evolving in vacuum we confirmed that a certain degree of equilibration around an expanding collective motion is reached. This fact allowed us to propose several thermometers which let us confirm that temperature reaches a plateau at high energies, a particularly relevant result for the eld of nuclear collisions at intermediate energies. Other new results that are original to this thesis include the ending of anomalous big uctuations of the kinetic energy of the system and its relationship with asymptotic mass distributions, and the analysis of a classical fragmenting systems in terms of reducibility.
Fil: Ison, Matías Julián. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.