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RICERCA TECNOLOGICA

 

  ESPERIMENTO RM41, RESPONSABILE: Paolo Maria Santini    

1. Obbiettivi del progetto. Scopo del progetto di ricerca "equazioni di evoluzione nonlineari e sistemi dinamici" e' lo studio di sistemi fisici la cui evoluzione puo' essere modellata da equazioni di evoluzione alle derivate parziali, o da equazioni alle differenze finite, o da sistemi di equazioni differenziali ordinarie che siano "integrabili" (nel senso della teoria dei sistemi hamiltoniani), o comunque possano essere trattate con tecniche di soluzione esatta, o infine possano essere considerate come perturbazioni di modelli integrabili. Le linee fondamentali in cui si articola il progetto di ricerca sono: A. Sistemi dinamici discreti: aspetti geometrici e algebrici; B. Problemi a molti corpi risolubili, classici e quantistici; C. Equazioni di evoluzione nonlineari alle derivate parziali, trattate con tecniche spettrali o di tipo perturbativo. 2. Principali direzioni di ricerca nel 2007 e risultati attesi A. Sistemi dinamici discreti: aspetti geometrici e algebrici; a1. Metodo multiscala nel discreto: caratterizzazione della procedura dal punto di vista delle simmetrie (asintotiche) per rispondere alla domanda: fino a che punto il metodo preserva l'integrabilita'? (Levi,Petrera,Scimiterna) a2. Discretizzazioni integrabili: confronto tra gli approcci di Suris e di Sklianin-Kuznetsov, prendendo come esempio prototipico il modello di Gaudin a N siti, le sue estensioni e generalizzazioni. a3. Nell'ambito della teoria geometrica dei sistemi discreti, Santini e coll. concentreranno la loro attenzione sullla discretizzazione dell'operatore di Schroedinger in due dimensioni, e sulla costruzione di trasformazioni di simmetria e delle associate deformazioni isospettrali. B. Problemi a molti corpi risolubili, classici e quantistici; B1.n questo campo, si continuera' l'indagine sulla possibile transizione al caos per i sistemi isocroni, affiancando il calcolo numerico a strumenti analitici e algebro-geometrici. Si ritiene che la transizione al caos si abbia in corrispondenza a condizioni iniziali che non appartengono all' aperto dello spazio delle fasi per cui č garantita la periodicita' delle soluzioni, e che la transizione stessa sia leggibile dalla struttura delle singolarita' della soluzione nella variabile complessa tempo.(F.Calogero, M.Sommacal, J.P.Francoise, P.M.Santini). B2. Studio di modelli quantistici a n corpi con simmetria di coalgebra, nell'ambito dell'approccio che porta naturalmente a interpretare sistemi integrabili associati a realizzazioni di q-algebre "non-standard" come moti geodetici (o armonici o kepleriani...) su varieta' curve. Soluzione dei problemi legati alla rappresentazione di Lax dei sistemi con simmetria di co-algebra q-deformata e alla loro struttura di Poisson non-locale. C. Equazioni di evoluzione nonlineari alle derivate parziali, trattate con tecniche spettrali o di tipo perturbativo. Questa linea di ricerca sara' sviluppata alla luce dei piu' recenti risultati ottenuti. Di conseguenza, si studieranno equazioni di evoluzione rilevanti per le loro applicazioni fisiche (come ad es. l'equazione di Schroedinger nonlineare o l'equazione delle tre onde risonanti, che ammettono soluzioni solitoniche "nonstandard" (boomeroni, trapponi) (F.Calogero, A.Degasperis) e si continuera' la classificazione mediante metodi spettrali di problemi ai valori iniziali e al contorno per equazioni solitoniche (A.Degasperis, P.Grinevich, S.Manakov e P.M.Santini). Inoltre, saranno sviluppate le applicazioni al problema di Cauchy per PDEs "senza dispersione", utilizzando i risultati assai promettenti trovati nel 2006.


 OBIETTIVI DELL'ESPERIMENTO RM41  
1. Title of the Research Project :

"NONLINEAR INTEGRABLE SYSTEMS, CLASSICAL AND QUANTUM"


2. INFN Research Team

2A. RM1 Section: Calogero F. (FP - SA), Degasperis A. (FP-SA), Santini P. M. (FP) (national and local coordinator), Bruschi M. (AP), Ge Yi (PhD stud.), Santucci F. (laurea spec. stud.) (*)

2B: RM3 Section: Ragnisco O. (FP), Levi D. (AP) (responsabile locale), Scimiterna C. (Fellowship)(**), M. Hay (postdoc)(***), Riglioni D. (Ph.D. Stud.)(****); Guarnieri F. (Ph.D. Stud.)

Notice:
FP: Full Prof., AP: Associate Prof., SA: Senior Associate, Postdoc: "Assegnista di ricerca", Ph.D. Stud. : "Dottorando".
(*) Santucci got her Laurea Specialistica in September 2012;
(**) Scimiterna Postdoc Fellowship RM41/RM3 in 2012;
(***) M. Hay: INFN postdoc fellow from November 2012;
(****) Riglioni got his PhD in February 2012 and has been associated until March 2012.


3. Main Research Lines in 2012

General outline:
construction and investigation of nonlinear evolution equations which are i) good, even if approximate, models of dynamical systems of applicative relevance, and ii) completely integrable or so "close" to being integrable to allow for investigation by perturbative techniques. The integrable, or quasi-integrable, model equations may be defined on continuous, or discrete, sets as systems of ordinary, or partial, differential, or difference, equations. Most suitable mathematical methods are connected to spectral analysis of operators in finite or infinite dimensional spaces, and algebraic techniques (f. i. Lie-Symmetry approaches). Particular attention is given to the construction of analytic expressions of special solutions of these nonlinear model equations.

Particular research themes:
A. Hydrodynamical-type models of wave breaking phenomena in Nature at finite time.

B. Non standard solitonic behavior in nonlinear quadratic optical media with nonlocal interactions.

C. Shock wave formation and evolution in nonlinear relativistic field models (such as Thirring model) with application to optics.

D. Deterministic description of rogue waves in resonant nonlinear processes as rational solutions of integrable wave equations in 1+1 dimensions.

E. Construction and investigation of isochronous systems (all their solutions are periodic with same period, at least in open regions of their phase space).

F. Study of the transition from regular to irregular motions explained as travel on a Riemann surface with dense set of branching points.

G. Investigation of classical and quantum many-body problems which are integrable and/or partially solvable.

H. Application of algebraic and geometrical methods to the investigation of discrete dynamical systems.

I. Application of multiple scale  expansion methods to nonlinear evolution equations on a one-dimensional lattice, and construction of new integrable dispersive discrete equations.

 

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Piazza dei Caprettari, 70 - 00186 Roma
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F.M. F.E.