پژوهش های نوین فیزیک

چکیده تصاویر فازی حاصل از هولوگرام­ها و الگوهای تداخلی در میکروسکوپ‌های فاز کمی معمولا با مشکلاتی همچون اعوجاج، پیچش­ فاز و نویزهای فازی همراه هستند. با وجود تلاش‌های گسترده در دهه­­های اخیر و ارائه­ی روش­های متنوع برای حذف نویز، این چالش‌ها همچنان به‌طور کامل برطرف نشده‌اند. استفاده از فیلترهای کلاسیک کاهش نویز اغلب موجب آسیب به جزئیات تصویر، افت کیفیت و ضعف در تشخیص مرزها و لبه­­هاشده و در نتیجه اطلاعات مفید تصویر از بین می­رود. یکی از رویکردهای نوین در این زمینه، بهره‌گیری از الگوریتم­های یادگیری ماشین است. نتایج حاصل از معیارهای ارزیابی کیفیت تصویر نشان می‌دهند که شبکه‌ها‌ی عصبی کانولوشنی، نسبت به روش­های مرسوم حذف نویز تصاویر فازی، عملکرد برتری دارند. در این روش، داده‌های آموزشی به شبکه ارائه می‌شوند تا پس از چندین مرحله آموزش، شبکه توانایی کاهش نویز تصویر را با دقت بالا به دست آورد.

چکیده پایش دقیق و کمّی رفتار حیوانات آزمایشگاهی، به ویژه مدل‌های حیوانی علوم اعصاب، اهمیت بسیاری در درک عملکرد مدارهای عصبی و ارتباط آن‌ها با رفتارهای پیچیده دارد. در رفتارشناسی محاسباتی، با هدف خودکارسازی، افزایش دقت و کاهش وابستگی مطالعات به ناظر انسانی و تکرارپذیری نتایج، سیستم‌ها و الگوریتم‌های پردازشی نوینی در حال توسعه‌اند. در این پژوهش، سیستمی متشکل از دوربین‌های بررسی رفتار محیطی و یک ایمپلنت مینیاتوری با قابلیت کاشت بر روی جمجمه موش صحرائی، طراحی و ساخته شده که حرکات بدن حیوان، مردمک چشم و زوایای حرکتی سر را ثبت می‌کند. ایمپلنت دارای حسگر IMU برای اندازه‌گیری شتاب و حرکت زاویه‌ای سر و دوربین مادون‌قرمز برای مردمک‌سنجی می‌باشد که وزن نهایی آن حدود 4.5 گرم است. همچنین نرم‌افزاری برای پردازش و مصوّرسازی داده‌های رفتاری توسعه داده شده‌است. از ترکیب داده‌های شتاب‌سنج و ژیروسکوپ برای محاسبه زوایای اویلری سر حیوان و از روش‌های بینایی ماشین سنتی و شبکه‌های عصبی عمیق برای پردازش تصاویر استفاده می‌شود. الگوریتم‌های آستانه‌گذاری و لبه‌یابی، سرعت پردازش ۲۵ فریم بر ثانیه را برای ردیابی مردمک موش‌های رنگدانه‌دار و مرکز بدن فراهم می‌کنند که برای کنترل حلقه-بسته سیستم‌های عصبی مناسب است. برای تخمین حالت بدن و بررسی مردمک موش‌های زال، شبکه عصبی DeepLabCut همراه با روش‌های تقویت داده و یادگیری انتقالی استفاده شده که خطای مدل مردمک‌سنجی به ازای ۴۴۸ تصویر برچسب‌گذاری‌شده و ۳۰,۰۰۰ دور آموزشی، به ۳.۳۱ پیکسل کاهش یافته‌است. روش‌های یادگیری عمیق با وجود دقت بالا، بار پردازشی بالایی نیز دارند. لذا الگوریتم پردازشی مناسب با توجه به هدف آزمایش و سخت‌افزار در دسترس، انتخاب می‌شود. این سیستم چندگانه مطالعه رفتاری، قابلیت استفاده هم‌زمان با تکنیک اپتوژنتیک و ثبت‌های الکتروفیزیولوژی داشته و ابزاری مفید برای مطالعات علوم شناختی فراهم می‌کند.

چکیده مقدمه و هدف: هر سیستم طراحی درمان قبل از استفاده باید نسبت به شناسایی بافت های مختلف بدن آماده سازی شود. این فرایند مستلزم وارد نمودن منحنیCT-ED می باشد. در این فرایند یک فانتوم با ناهمگنی های مختلف، تحت تصویربرداری سی تی قرار گرفته و به هر ماده بر اساس جنس آن یک عدد سی تی اختصاص داده میشود. با دانستن چگالی الکترونی این مواد، میتوان منحنی CT-ED را وارد سیستم طراحی درمان کرد و سیستم با بهره گیری از این منحنی میتواند جنس بافت های مختلف بدن را شناسایی کرده و محاسبات دز را بر اساس جنس بافت انجام دهد. هدف از این مطالعه طراحی و ساخت یک فانتوم با تعداد 6 ناهمگنی مختلف جهت استفاده در فرایند راه اندازی سیستم طراحی درمان می باشد.
روش کار: فانتوم Electron density با کد 062M ساخته شده توسط شرکت CIRSآمریکا به عنوان فانتوم مرجع انتخاب شد. با استفاده از نرم افزار solidworks طراحی بدنه فانتوم جدید انجام شد. فانتومی استوانه ای شکل به ارتفاع 15 و قطر 20 سانتی متر با لحاظ کردن ناهمگنی های گوناگون در آن، در نظر گرفته شد. از دو فانتوم در شرایط یکسان، تصویر سی تی تهیه شد. پس از مشخص شدن عدد سی تی و چگالی الکترونی مواد تشکیل دهنده فانتوم ها، نمودار CT-ED از طریق نرم افزار Excel ترسیم و با یکدیگر مقایسه شدند.
یافته ها: داده ی های بدست آمده از هر دو فانتوم به یکدیگر نزدیک بوده و متعاقبا منحنی CT-ED هر دو فانتوم ساختاری یکسان با شباهت بسیار زیاد به یکدیگر داشتند.
نتیجه گیری: فانتوم ساخته شده معادل فانتوم مرجع و دارای هر سه بخش اصلی بافت ریه، بافت نرم و بافت استخوانی می باشد و از آن می توان در مراکز رادیوتراپی به جای فانتوم مرجع جهت راه اندازی سیستم طراحی درمان استفاده کرد.
.

چکیده بر مبنای نظریه­ی تابعی چگالی و تقریب GGA، با اعمال پتانسیل بهبود یافته­ TB-mbJ خواص ساختاری، الکترونی، اپتیکی و پایداری ترمودینامیکی ترکیب­های نیم­هویسلریXVSi(X=Co, Rh) و فیلم­های]001 [ آن­ها مورد مطالعه قرار­گرفت. این دو ترکیب هویسلری با بروز رفتار نیمه رسانایی غیر­مغناطیسی در ساختار مکعبی نوع MgAgAs-با گروه فضایی F4-3m پایدار می­باشند. به واسطه­ی دریافت پاسخ­های خوب قسمت­های حقیقی و موهومی تابع دی­الکتریک برای CoVSi و RhVSi در محدوده­ی طیف مرئی و پایین بودن تابع اتلاف الکترونی، این دو هویسلر برای کاربردهای اپتیکی در این محدوده­ی انرژی مناسب خواهند بود. بررسی نمودار پایداری فازی فیلم­های]001 [این ترکیب­ها نشان داد که هر 6 پایانش ممکن به لحاظ ترمودینامیکی پایدار خواهند بود. ساختار الکترونی این فیلم­ها نشان دهنده­ی ظهور رفتار نیمه فلزی مغناطیسی فقط برای دو پایانش]001 V-Si:CoVSi [و ]001 V-Si:RhVSi [می­باشند. پاسخ­های تابع دی الکتریک و نیز طیف جذب این دو پایانش شبیه به حالت بالکی است اما با شدت کمتر، در حالیکه اتلاف الکترون در این دو فیلم نسبت به بالک افزایش یافته است.

چکیده در این پژوهش با استفاده از رویکرد یادگیری ماشین به پیش بینی گاف انرژی

دسته ای از مواد نیمه رسانا پرداخته شده است. هدف اصلی پژوهش بر این مبنا

بوده که با تلفیق روش های مختلف در یادگیری ماشین، سعی بر ارائه روشی

کارآمد در پیش بینی گاف انرژی مواد داشته باشیم. روش انباشته یک روش

جدید در میان آلگوریتم های یادگیری ماشین می باشد که با بهره گیری از روش

های مرسوم، تلفیق آنها با یکدیگر و استفاده از مزیت هریک از روش های آماری

روشی کارآمد و با دقت باالتر نسبت به هریک از روش های مورد استفاده، می

باشد. با استفاده از روش ه ایی چون از درخت تصمیم تقویت گرادیان، تقویت

گرادیان سبک، جنگل تصادفی و تقویت گرادیان حداکثری یک مدل ترکیبی

انباشته ارائه داده ایم که نتایج شبیه سازی بهتری نسبت به هریک از روش های

نام برده ارائه کرده است.

چکیده فیزیک پلاسمای کلاسیک عمدتاً بر رژیم‌هایی متمرکز است که با دماهای بالا و چگالی‌های پایین مشخص می‌شوند و در آنها اثرات مکانیک کوانتومی عملاً قابل چشم‌پوشی است. با این حال، پیشرفت‌های فناورانه‌ی اخیر، به‌ویژه در زمینه‌ی دستگاه‌های نیمه‌رسانا و ساختارهای نانومقیاس، موجب شده‌اند که امکان بررسی و پیش‌بینی کاربردهای عملی فیزیک پلاسما در شرایطی فراهم شود که ماهیت کوانتومی ذرات نقشی اساسی ایفا می‌کند. در این پژوهش، رویکردهای گوناگونی برای مدل‌سازی اثرات کوانتومی در پلاسماهای الکترواستاتیکی بدون برخورد مورد بررسی قرار گرفته‌اند. مدل جنبشی کامل این پدیده‌ها بر پایه‌ی معادله‌ی ویگنر بنا شده است، که همتای کوانتومی معادله‌ی ولاسوف در فیزیک کلاسیک به شمار می‌رود. فرمالیسم ویگنر از این جهت برانگیزنده‌ی توجه است که نظریه‌ی مکانیک کوانتومی را در قالب فضای فاز آشنا و کلاسیک بازنمایی می‌کند، هرچند این بازنمایی با چالش وجود توابع توزیع گاه منفی همراه است. از دیدگاهی معادل، می‌توان مدل ویگنر را بر حسب مجموعه‌ای از N معادله‌های شرودینگر تک‌ذره‌ای، همراه با معادله‌ی پواسون، بازنوشت، که این توصیف همان فرمالیسم هارتری محسوب می‌شود و همبستگی نزدیکی با رویکرد چندجریانی در فیزیک پلاسمای کلاسیک دارد. برای کاهش پیچیدگی‌های ذاتی در این رویکردهای جنبشی، می‌توان با در نظر گرفتن گشتاورهای معادله‌ی ویگنر در فضای سرعت–مکان، یک مدل سیال کوانتومی استخراج کرد. چنین مدل‌هایی امکان بررسی رفتار جمعی ذرات را با دقت مناسب و در چارچوبی ساده‌تر فراهم می‌سازند. افزون بر این، در برخی رژیم‌های خاص که به انرژی‌های تحریک بالا مربوط می‌شوند، می‌توان از مدل‌های جنبشی نیمه‌کلاسیک نوع ولاسوف–پواسون استفاده کرد، به شرط آنکه حالت پایه‌ی اولیه سامانه بر اساس اصول مکانیک کوانتومی در نظر گرفته شود. مدل‌های مذکور در هر دو چارچوب خطی و غیرخطی مورد اعتبارسنجی و مقایسه قرار گرفته‌اند و نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که ترکیب توصیف‌های کوانتومی و کلاسیک، درک عمیق‌تری از رفتار پلاسما در مقیاس‌های ریز و شرایط شدید فراهم می‌کند.

چکیده یکی از روش‌های مؤثر برای شناسایی ستاره‌های نوترونی با جرم بالا، بررسی سامانه‌های دوتایی حاوی تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای است. در این سامانه‌ها، ستاره‌ی همدم تحت تأثیر تابش شدید تپ‌اختر قرار می‌گیرد که این تابش، باعث تغییر در درخشندگی ظاهری همدم شده و امکان برآورد جرم ستاره‌ی نوترونی را فراهم می‌سازد. این تابش همچنین موجب جابه‌جایی
مرکز نوری ستاره نسبت به مرکز جرم آن می‌شود که به نوبه خود باعث افزایش عدم‌قطعیت در تعیین دقیق پارامترهای مداری و جرم ستاره‌ی نوترونی می‌گردد. در این مطالعه، با استفاده از مدل‌سازی Eclipsing Light Curve که به اختصار آن را ELC می‌نامیم و داده‌های آرشیوی نورسنجی و طیف‌سنجی، به بررسی سامانه‌ی ۲۲۱۵+۵۱۳۵ PSR Jپرداختیم و جرم
ستاره‌ی نوترونی آن را از طریق مدل‌سازی کامل تابش سامانه محاسبه کردیم. این سامانه در فاصله حدودی 3 کیلو پارسک از زمین قرار دارد و تپ اختر آن دارای دوره چرخش ۲/۶۱ میلی ثانیه و مدار آن دارای دوره تناوب ۴/۱۴ ساعت است. برای این منظور، با در نظر گرفتن مدلی فیزیکی از ستاره‌ی همدم در شرایط تابش‌یافته، منحنی‌های نور در سه باند مختلف و
همچنین منحنی‌های سرعت شعاعی مربوط به دو گروه طیفی متفاوت را به‌طور هم‌زمان برازش دادیم. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که سرعت مرکز جرم ستاره‌ی همدم برابر با ۲/۶ - ۴/۶ + K ۱ = ۴۱۴/۶ کیلومتر بر ثانیه و زاویه‌ی میل مدار برابر با i = ۶۴/۱ درجه است. همچنین، جرم ستاره‌ی نوترونی M۲ = ۲/۲۸+۰/۱۱−۰/۱۲ جرم خورشیدی و جرم ستاره‌ی همدم M۱ = ۰/۳۲±۰/۱۰ جرم خورشیدی برآورد شد. در بخشی از این پژوهش، اثر حضور لکه‌های داغ روی سطح ستاره‌ی همدم بررسی شد و نتایج به‌دست‌آمده با حالتی که لکه‌ها لحاظ نشده بودند، مقایسه گردید. برای پرهیز از انحصار در تحلیل داده‌های مربوط به سامانه‌های دوتایی با جرم فشرده، بهره‌گیری از مدل‌های عمومی و در دسترس، ضروری است؛ زیرا این امکان را فراهم می‌سازد تا نتایج به‌صورت مستقل توسط گروه‌های مختلف پژوهشی بازتولید و اعتبارسنجی شوند. اهمیت این مطالعه در آن است که برخلاف بسیاری از ابزارهای اختصاصی، مدل ELC به‌صورت عمومی در اختیار جامعه علمی قرار دارد. دستیابی به نتایجی با بیش از ۹۹ درصد انطباق با مدل‌های اختصاصی، جایگاه این مدل را به‌عنوان ابزاری معتبر و قابل اعتماد در مطالعات آینده—از جمله پروژه‌های مرتبط با رصدخانه ملی ایران—تثبیت می‌کند. افزون بر این، شناسایی ستاره‌ای نوترونی با جرمی به این بزرگی، می‌تواند محدودیت‌های مهمی بر معادلات حالت ماده در چگالی‌های بالا تحمیل کرده و به بازنگری در برخی مدل‌های نظری موجود منجر شود.