Caracterização experimental e numérica da caminhada aleatória dos fótons em células de vapor de Césio : efeitos de colisões atômicas, transporte superdifusivo e voos de Lévy
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal da Paraíba
Brasil Física Programa de Pós-Graduação em Física UFPB |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/37182 |
Resumo: | Radiative trapping in dense atomic vapors is a fundamental process governing the transport of light, often manifesting as anomalous superdiffusive transport described by Lévy flights. Howe- ver, the quantitative connection between the Lévy exponent, α, the controllable experimental parameters, and the role of atomic collisions in radiative transport constitutes a highly complex issue, whose mechanisms are not yet fully understood. This thesis presents a systematic theore- tical and experimental investigation of Lévy flight dynamics in cesium-133 vapor, characterizing the dependence of α on the atomic density (N), cell length (`), and laser intensity (I). The methodological approach integrates diffuse transmission measurements at 10◦ and 90◦ relative to the incident laser beam direction with the development of theoretical modelsincluding a novel correction for finite-system effectsand Monte Carlo simulations. The analysis reveals a remar- kable duality in transport: while the 90◦ transmission (single scattering) is described by partial frequency redistribution, as expected at low atomic densities where the probability of atomic collisions is low, the 10◦ transmission (multiple scattering) yields the main paradoxical result of this thesis: even in regimes of low collision probability, the measured α values are consistently described by the collisional scenario. Furthermore, the complex dependence of α on N and ` is quantified for the first time. It is concluded that transport statistics can be actively tuned, but that the nature of the photon random walk in atomic vapors is more intricate than current models capture, thereby establishing a solid experimental and computational foundation and formulating the precise questions that will guide future investigations. |
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Caracterização experimental e numérica da caminhada aleatória dos fótons em células de vapor de Césio : efeitos de colisões atômicas, transporte superdifusivo e voos de LévyVoos de LévyAprisionamento radiativoVapores atômicosTransporte anômaloSimulações de Monte CarloLévy flightsRadiative trappingAtomic vaporsAnomalous transportMonte Carlo simulationsCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICARadiative trapping in dense atomic vapors is a fundamental process governing the transport of light, often manifesting as anomalous superdiffusive transport described by Lévy flights. Howe- ver, the quantitative connection between the Lévy exponent, α, the controllable experimental parameters, and the role of atomic collisions in radiative transport constitutes a highly complex issue, whose mechanisms are not yet fully understood. This thesis presents a systematic theore- tical and experimental investigation of Lévy flight dynamics in cesium-133 vapor, characterizing the dependence of α on the atomic density (N), cell length (`), and laser intensity (I). The methodological approach integrates diffuse transmission measurements at 10◦ and 90◦ relative to the incident laser beam direction with the development of theoretical modelsincluding a novel correction for finite-system effectsand Monte Carlo simulations. The analysis reveals a remar- kable duality in transport: while the 90◦ transmission (single scattering) is described by partial frequency redistribution, as expected at low atomic densities where the probability of atomic collisions is low, the 10◦ transmission (multiple scattering) yields the main paradoxical result of this thesis: even in regimes of low collision probability, the measured α values are consistently described by the collisional scenario. Furthermore, the complex dependence of α on N and ` is quantified for the first time. It is concluded that transport statistics can be actively tuned, but that the nature of the photon random walk in atomic vapors is more intricate than current models capture, thereby establishing a solid experimental and computational foundation and formulating the precise questions that will guide future investigations.Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado da Paraíba - FAPESQO aprisionamento radiativo em vapores atômicos densos é um processo fundamental que governa o transporte de luz, frequentemente manifestando-se como um transporte anômalo superdifusivo descrito por voos de Lévy. Contudo, a conexão quantitativa entre o parâmetro de Lévy, α, os parâmetros experimentais controláveis e o papel das colisões atômicas no transporte radiativo configura uma questão de alta complexidade, cujos mecanismos ainda não são plenamente com- preendidos. Esta tese realizou uma investigação sistemática, teórica e experimental, da dinâmica de voos de Lévy em vapor de césio-133, caracterizando a dependência de α com a densidade atô- mica (N), o comprimento da célula (`) e a intensidade do laser (I). A abordagem metodológica integrou medições de transmissão difusa a 10◦ e 90◦ , com relação a direção do feixe de laser de incidência, com o desenvolvimento de modelos teóricos, incluindo uma correção inédita para a finitude do sistema, e simulações de Monte Carlo. A análise revelou uma notável dualidade no transporte: enquanto a transmissão a 90◦ (espalhamento único) é descrita pela redistribuição parcial de frequência, conforme esperado para baixa densidade atômica onde a probabilidade de colisões atômica é baixa, a transmissão a 10◦ (múltiplos espalhamentos) apresentou o prin- cipal resultado paradoxal desta tese: mesmo em regimes de baixa probabilidade de colisão, os valores de α medidos são consistentemente descritos pelo cenário com colisões. Adicionalmente, quantificou-se de forma inédita a dependência complexa de α com N e `. Conclui-se que a estatística do transporte pode ser ativamente sintonizada, mas que a natureza da caminhada aleatória do fóton em vapores atômicos é mais intricada do que os modelos atuais capturam, es- tabelecendo esta tese uma base experimental e computacional sólida e formulando as perguntas precisas que guiarão futuras investigações.Universidade Federal da ParaíbaBrasilFísicaPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFPBLópez, Jesús Pavónhttp://lattes.cnpq.br/7754555180703010Silans, Thierry Marcelino Passerat dehttp://lattes.cnpq.br/9969764946296770Bernardo, Bertúlio de Limahttp://lattes.cnpq.br/0160318195238506Carvalho, João Carlos de Aquinohttp://lattes.cnpq.br/7007004393903346Marcassa, Luis Gustavohttp://lattes.cnpq.br/8110689415962084Soares, Márcio Medeiroshttp://lattes.cnpq.br/3406280529286517Nunes, Isaac Cazé2025-12-30T20:50:35Z2025-09-302025-12-30T20:50:35Z2025-07-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/37182porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-12-31T06:06:51Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/37182Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-12-31T06:06:51Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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