1. Singularities and symmetries on the crossroads of geometry and physics
- Author
-
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Física, Miranda Galcerán, Eva, Mir Garcia, Pau, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Física, Miranda Galcerán, Eva, and Mir Garcia, Pau
- Abstract
(English) In this thesis we study several mathematical objects that are essential to formulate and model physical systems. Applying the tools provided by differential geometry, we develop and analyze different mathematical structures that are used in three physical contexts: dissipative dynamics, integrable systems and geometric quantization. To do it, we mainly employ the setting of b-symplectic geometry, a natural extension of symplectic geometry which is specifically designed to address manifolds with boundary. It is based on the concept of b-forms introduced by Melrose and was initiated by Guillemin, Miranda and Pires. Firstly, in the context of dissipative dynamics, we introduce and discuss a variety of twisted b-cotangent models. In these models, defined on the cotangent bundle of a smooth manifold, the fundamental structure is a b-symplectic form that is singular within the fibers of the bundle. Our models give rise to dynamical systems governed by the standard Hamiltonian of a free particle, accompanied by a positiondependent potential. After examining different types of potentials and finding that all of them induce dissipation of energy in the system, we prove that these twisted bcotangent models offer a suitable Hamiltonian formulation for dissipative systems. Consequently, they expand the scope of Hamiltonian dynamics and bring a new approach to the study of non-conservative systems. Secondly, in the context of integrable systems, we introduce and investigate bsemitoric systems, a family of systems that generalizes simultaneously semitoric systems and b-toric systems, and which is tailored for b-symplectic manifolds. We provide a comprehensive definition of b-semitoric systems, that adapts the characteristics of semitoric systems to the framework of b-symplectic manifolds, and we construct three examples of this type of system. The three examples are based on modifications of the coupled angular momenta system, a classical semitoric system that represent, (Català) En aquesta tesi estudiem diversos objectes matemàtics que són essencials per a formular i modelar sistemes físics. Aplicant les eines proporcionades per la geometria diferencial, desenvolupem i analitzem diferents estructures matemàtiques que s’utilitzen en tres contextos físics: la dinàmica dissipativa, els sistemes integrables i la quantització geomètrica. Per a fer-ho, utilitzem principalment el marc de la geometria b-simplèctica, una extensió natural de la geometria simplèctica dissenyada específicament per a varietats amb vora, basada en el concepte de b-formes introduït per Melrose, i iniciada per Guillemin, Miranda i Pires. En primer lloc, en el context de la dinàmica dissipativa, introduïm i estudiem un conjunt de models b-cotangents. En aquests models, definits al fibrat cotangent d’una varietat suau, l’estructura fonamental és una forma b-simplèctica que és singular a les fibres. Aquests models generen sistemes dinàmics governats pel Hamiltonià estàndard d’una partícula lliure, acompanyat d’un potencial que depèn de la posició de la partícula. Després d’analitzar diferents tipus de potencials i de trobar que en tots ells s’observa dissipació de l’energia del sistema, demostrem que els models b-cotangents permeten una formulació Hamiltoniana adequada per a sistemes dissipatius. D’aquesta manera, aquests models amplien l’abast de la dinàmica Hamiltoniana i aporten una nova aproximació a l’estudi de sistemes no conservatius. En segon lloc, en el context dels sistemes integrables, introduïm i investiguem els sistemes b-semitòrics, una família de sistemes que generalitza simultàniament els sistemes semitòrics i els sistemes b-tòrics i que està adaptada per a les varietats b-simplèctiques. Proporcionem una definició completa dels sistemes b-semitòrics, que fa encaixar les característiques dels sistemes semitòrics en el marc de les varietats b-simplèctiques, i construïm tres exemples d’aquest tipus de sistema. Els tres exemples es basen en modificacions, Postprint (published version)
- Published
- 2024