* MINISTERO DELL'ISTRUZIONE, DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA
DIPARTIMENTO PER L'UNIVERSITÀ, L'ALTA FORMAZIONE ARTISTICA, MUSICALE E
COREUTICA E PER LA RICERCA SCIENTIFICA E TECNOLOGICA
PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE
RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (DM n. 287 del 23 febbraio 2005)

PROGETTO DI UNA UNITÀ DI RICERCA - MODELLO B
Anno 2005 - prot. 2005022072_003

* PARTE I


1.1 Programma di Ricerca afferente a

 
1. 	*Area Scientifico Disciplinare*/   / 	02: Scienze fisiche  	100%  	 


------------------------------------------------------------------------
1.2 Durata del Programma di Ricerca

 

24 Mesi  

------------------------------------------------------------------------
1.3 Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

*PARISI*  	*GIORGIO*  	*Giorgio.Parisi@roma1.infn.it* 
*FIS/02 - Fisica teorica, modelli e metodi matematici* 
*Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"* 
*Facoltà di SCIENZE MATEMATICHE FISICHE e NATURALI * 
*Dipartimento di FISICA * 


------------------------------------------------------------------------
1.4 Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca

*VICARI*  	*ETTORE* 
*Professore Associato non confermato*  	*21/01/1962*  	*VCRTTR62A21B428R* 
*FIS/02 - Fisica teorica, modelli e metodi matematici* 
*Università di PISA* 
*Facoltà di SCIENZE MATEMATICHE FISICHE e NATURALI * 
*Dipartimento di FISICA "E.Fermi"* 
*050-2214530*
(Prefisso e telefono)  	*050-2214887*
(Numero fax)  	*vicari@df.unipi.it*
(Indirizzo posta elettronica) 


------------------------------------------------------------------------
1.5 Curriculum scientifico del Responsabile Scientifico dell'Unità di
Ricerca


*Testo italiano*

Nato a Caltagirone il 21 Gennaio 1962

Laurea in Fisica conseguita presso l'Univ. di Pisa nel Marzo 1986

Dottorato di Ricerca presso l'Univ. di Pisa nel triennio 1987-1989

Posizione Post-Doc dal 1989 a 1991 alla Boston University

Ricercatore al Dip. di Fisica dell'Univ. di Pisa dal 1992 al 2002

Professore Associato al Dip. di Fisica dell'Univ. di Pisa dal 2002

L'attuale attivita` didattica comprende in corsi di Relativita`
Generale e Meccanica Quantistica Relativistica



ATTIVITA' DI RICERCA

Le teorie di campo quantistiche e la teoria del gruppo di
rinormalizzazione permettono di descrivere fenomeni fisici molto
diversi, come le interazioni fondamentali della natura (cromodinamica
quantistica (QCD), modello standard) e i fenomeni critici in meccanica
statistica (per esempio la transizione superfluida in He4). Nella mia
attivita` di ricerca mi sono interessato ad entrambi i campi di
studio, in particolare alla cromodinamica quantistica nell'ambito
delle interazioni fondamentali e a vari fenomeni critici, dalla
transizione in He4 a sistemi piu` complessi, nell'ambito della
meccanica statistica. Nel seguito i numeri tra parentesi si
riferiscono alla selezione di miei articoli riportati in questo
modulo.


Molti fenomeni critici in natura sono descritti da teorie
caratterizzate da un parametro d'ordine con N componenti, simmetria
O(N), e rottura di simmetria SO(N)->SO(N-1). Menziono per esempio
transizioni liquido-vapore, nelle miscele di fluidi, nei magneti, la
transizione superfluida in He4, la transizione a temperatura finita
della QCD con due flavors leggeri. Sebbene la teoria di queste
transizioni sia stata sviluppata negli anni settanta, la crescente
precisione degli esperimenti ha motivato il continuo miglioramento
delle stime teoriche delle quantita' universali che descrivono il
comportamento critico alla transizione. Abbiamo dedicato un certo
numero di lavori a questo scopo, vedi per esempio le referenze
[1,13,14,16,20,25]. Utilizzando varie tecniche, dallo sviluppo
perturbativo nelle teorie di campo, sviluppi di alta temperatura in
modelli statistici, e anche simulazioni Monte Carlo, abbiamo ottenuto
un sensibile miglioramento delle stime di molte quantita` universali,
come gli esponenti critici e l'equazione di stato, che si possono
confrontare con gli esperimenti. I confronti sono soddisfacenti. Nel
contesto dei modelli O(N) phi4 menziono anche i risultati sul
comportamento non analitico della funzione beta di Callan-Symanzik at
punto fisso stabile [23], e il crossover critico tra il comportamento
critico classico e non classico [22]. I piu' recenti sviluppi sui
modelli O(N) sono stati riportati e discussi nella review [1].

In natura ci sono altri fenomeni critici interessanti caratterizzati
da rotture di simmetria piu` complesse, che possono essere descritti
da teorie phi4 Landau-Ginzburg-Wilson piu` generali di quella O(N),
con campi fondamentali matriciali e vari accoppiamenti quadratici e
quartici. Menziono (i) transizioni in magneti anosotropi, (ii) in
materiali magnetici con impurita`, e/o con anisotropia random; (iii)
alcuni sistemi magnetici frustrati caratterizzati da una fase ordinata
noncollineare; (iv) transizione superfluida in He3; (v) comportamenti
critici in prossimita` di punti multicritici, che sono, per esempio,
previsti, in ferromagneti anisotropi, nell'ambito della teoria della
superconduttivita` ad alta temperatura, nei modelli di spin frustrati.
Abbiamo studiato i comportamenti critici di questi sistemi, vedi per
esempio refs. [1,2,5,6,8-10,15,17,19], con tecniche di teoria di
campo, e in particolare calcolando e analizzando sviluppi perturbativi
a grandi ordini, tipicamente fino a sei loops. In alcuni casi [26,29]
abbiamo anche effettuato simulazioni Monte Carlo per verificare i
risultati di teoria di campo, e avere una descrizione piu' completa
del comportamento critico. Molti di questi risultati, la base teorica
dell'approccio basato sulla teoria di campo, e le applicazioni fisiche
sono riportati e discusse nelle reviews [1,2]. Nel caso di sistemi
Ising con disordine quenched accoppiato all'energia, quali i sistemi
di spin con impurita' (diluiti), sono state ottenuti risultati per gli
esponenti critici, l'equazione critica di stato, vari fenomeni di
crossover tra diversi regimi critici. Per alcune transizioni, come
quelle in alcuni sistemi di spin frustrati con simmetria O(2)xO(N) e
la transizione superfluida in He3, dai risultati delle nostre analisi
e' emersa la presenza di punti fissi stabili in tre dimensioni che non
sono presenti vicino alle quattro dimensioni, e che descrivono nuove
classi di universalita'. Il confronto con risultati Monte Carlo [6]
per i sistemi con simmetria O(2)xO(2) ha fornito una conferma
indipendente delle predizioni ottenute dall'analisi delle serie a
grandi ordini di teoria di campo. E` stato anche calcolato il flusso
di gruppo di rinormalizzazione nelle teorie phi4 che descrivono
comportamenti multicritici derivanti dalla competizione di parametri
d'ordine differenti [8]. Questi risultati si applicano in vari
contesti fisici, quando diverse linee critiche si incontrano nel
diagramma di fase.


Un'altra importante linea di ricerca riguarda la fisica delle
interazioni fondamentali, ed in particolare la teoria delle
interazioni forti, cromodinamica quantistica (QCD), vedi per
es. [3,4,6,11,12,18,21,24]. Mi limito a descrivere alcuni
degli studi piu` recenti.

(i) Il limite di grande N in teorie di gauge SU(N) e' rilevante per
comprendere i meccanismi principali della QCD. Sebbene argomenti
basati sul limite di grande sono stati spesso usati per discutere le
proprieta' della QCD, la teoria non e' stata risolta in questo limite,
e pefino la sua esistenza rimane allo stato di congettura. Questo
limite e' stato recentemente oggetto di studio numerico, per
verificare le sue proprieta'. Circa 10 anni fa, abbiamo intrapreso un
progetto per studiare il limite di grande N di teorie matriciali,
partendo da modelli piu' semplici della QCD, come per esempio il
modelli sigma SU(N)xSU(N) in due dimensioni. I risultati sono
riportati nella review [2]. Piu' recentemente abbiamo studiato il
limite di grande N di teorie di gauge SU(N), usando la loro
formulazione su reticolo che si presta a simulazioni Monte
Carlo. Menziono (a) uno studio dello spettro delle stringhe confinanti
[11], che e' stato oggetto di un certo numero di congetture in
letterattura; (b) uno studio della suscettivita' topologica [12] dove
si mostra che il suo limite di grande N e' non nullo, confermando la
congettura di Witten-Veneziano che spiega il problema della simmetria
assiale U(1), e cioe' l'assenza di una particella indentificabile con
il bosone di Goldstone della simmetra U(1) assiale; (c) la dipendenza
da theta dell'energia dello stato fondamentale [12], confermando la
congettura E(theta) = A theta^2 + O(1/N).

(ii) Il comportamento della materia adronica a temperatura finita e'
un'altra questione di grande interesse fisico. Abbiamo studiato la
natura della transizione chirale a temperatura finita nella nella QCD
con Nf quarks leggeri [4,7]. Usando argomenti basati sulla teoria del
gruppo di rinormalizzazione e il concetto di universalita' dei
comportamenti critici, si puo' mostrare che la possibilita' di avere
una transizione continua e' connessa con l'esistenza di un punto fisso
stabile nel flusso di appropriate teorie phi4 in tre dimensioni, che
hanno la stessa rottura di simmetria chirale della QCD. Il flusso del
gruppo di rinormalizzazione e' stato studiato usando metodi di teoria
di campo, calcolando e analizzando serie fino a sei loops, che
richiedono il calcolo di circa 1000 diagrammi. I risultati indicano
cha la transizione e' del primo ordine per Nf>2. Una transizione
continua e' possibile solo per Nf=2. Nel caso di quarks nella
rappresentazione aggiunta, la transizione puo' essere continua per
Nf=1,2.


*Testo inglese*
Born on January 21 1962 at Caltagirone

Graduated at the Pisa University in 1986

PHD school at the Pisa University in the years 1987-1989

Post-Doc position at the Boston University (Boston, USA) for two years
(1989-1991)

Research position at the Physics Departement of the Pisa University
since 1992

Associate professor at the Physics Departement of the Pisa University
since 2002

Teaching the courses of General Relativity and Relativistic Quantum
Mechanics


RESEARCH ACTIVITY

Quantum field theories and renormalization-group (RG) theory can be
used to describe very different physical phenomena, including
fundamental interactions (Quantum Chromodynamics (QCD), Standard
Model) and critical phenomena in statistical mechanics (e.g., the
superfluid transition in He4). In my research activity, I pursued
both fields of study, in particular QCD within fundamental
interactions, and several critical phenomena from the transition in
He4 to more complex systems. In the following I will describe shortly
the main results of my research activity. The numbers between
parenthesis refer to the list of papers reported here, extracted from
my publications.


Many critical phenomena in nature are described by theories with an
N-component order parameter, O(N) symmetry, and symmetry breaking
SO(N)->SO(N-1), e.g., liquid-vapor transitions, transitions in fluid
mixtures and magnetic systems, the superfluid transition in He4, the
finite-temperature transition in hadronic matter with two light
flavors. Although their main universal features were established in
the seventies, there has been a great interest in improving the
theoretical estimates of the universal quantities describing the
critical behavior at the phase transition, e.g., critical exponents
and equation of state. They can be compared with many experimental
results, which are very precise in some cases, e.g., for the
superfluid transition of He4, which has been recently investigated in
microgravity environment in the Space Shuttle. We devoted several
studies to this task, see e.g. [1,13,14,16,20,25]; we used several
approaches, including the perturbative expansion of field theories,
high-temperature expansion in statistical models, and Monte Carlo (MC)
simulations. We obtained a sensible improvement in the estimates of
many universal physical quantities, such as the critical exponents,
the equation of state. For example, I mention some results obtained
for the specific-heat critical exponent: alpha=0.1096(5) and
alpha=-0.0146(8) for the Ising and XY universality class respectively,
which should be compared with the best experimental estimates
alpha=0.111(1) in liquid-vapour transitions (Ising) and
alpha=-0.0127(3) in He4 (XY). In the context of O(N) phi4 models I
also mention the results on the nonanalytical behavior (at the stable
fixed point) of the Callan-Symanzik beta function describing the RG
flow in the disordered (massive) phase [23], and the critical
crossover from classical to nonclassical critical behavior [22]. The
most recent developments in O(N) models have been reviewed in [1].

In nature one also observes interesting critical phenomena
characterized by more complex symmetry-breaking patterns, which can be
described by phi4 Landau-Ginzburg-Wilson theories that are more
general than O(N) models, with matrix order parameters and several
quadratic and quartic couplings. I mention (i) transitions in
magnetic materials with anisotropy; (ii) in magnetic materials with
impurities (or in general when quenched disorder is coupled to energy)
and/or random anisotropy; (iii) transitions in several frustrated
magnetic systems characterized by a noncollinear ordered phase; (iv)
the superfluid transition in He3; (v) the critical behavior in the
vicinity of multicritical points, that are predicted in several
physical contexts, e.g. in anisotropic ferromagnets, in the phase
diagram of high-temperature superconductors, in frustrated spin
models. These critical phenomena have been studied by exploiting
field-theoretical (FT) techniques, and in particular by computing and
analyzing high-order perturbative series, typically up to six loops,
see e.g. refs. [1,2,5,6,8-10,15,17,19]. In some cases we
supplemented the FT studies with numerical investigations based on MC
simulations. Most of these results, the theoretical ground of the FT
approach, and some of their physical applications are reviewed in
[1,2]. In the case of dilute Ising systems we obtained accurate
results for the critical exponents, the equation of state, and
crossover phenomena such as the one to the random-field critical
behavior (observed experimentally in diluted uniaxial antiferromagnets
when an external magnetic field is applied). The comparison with
experiments is satisfactory. For some transitions, such as the ones
in frustrated models with symmetry O(2)xO(N) and the superfluid
transition in He3, our FT studies provided evidence of
three-dimensional stable fixed points that do not appear close to four
dimensions, and should describe new universality classes. This fact
has been checked in the case of O(2)xO(2)-symmetric systems by
numerical MC simulations [6]. We provided a detailed description of
the RG flow in theories describing multicritical behaviors due to the
competition of different order parameters. These results apply to
several different physical contexts, when critical lines in the phase
diagram meet, and the multicritical behavior is determined by the
competition of the corresponding order parameters.


Another main line of my research deals with topics which are relevant
for the physics of fundamental interactions, and especially the theory
of strong interactions, QCD. See e.g. [3,4,7,11,12,18,21,24]. I
only mention some recent studies:

(i) The large-N limit of SU(N) gauge theories has been conjectured to
be relevant for understanding the main mechanisms underlying QCD.
Although arguments based on the large-N limit are often used to infer
many features of QCD, this limit has not be solved yet. About a
decade ago, we undertook a project meant to study the large-N limit in
matrix models, starting from models that are simpler than QCD, such as
the 2-d SU(N)xSU(N) nonlinear sigma model. The results are reviewed in
ref. [3]. More recently we have studied the large-N limit of 4-d SU(N)
gauge theories exploiting their formulation on the lattice, which
lends itself to statistical techniques such as MC simulations. I
mention the following studies:
(a) an investigation of the spectrum of the confining strings [11],
which has been the subject of some conjectures in the literature;
(b) a study of the topological susceptibility [12] that shows that its
large-N limit is nonzero. This supports the Witten-Veneziano
conjecture explaining the so-called U(1) axial problem, i.e. the
absence of a particle identifiable with the Goldstone boson related to
the U(1) axial symmetry;
(c) the theta dependence of the ground-state energy [12], confirming
the conjecture that E(theta) = A theta^2 + O(1/N).

(ii) An important issue is the behavior of the hadronic matter at
finite-temperature. We investigated the nature of the
finite-temperature chiral transition in QCD with Nf light flavors
[4,7]. RG and universality arguments show that the possibility of
having a continuous transition is related to the existence of a stable
fixed point in the RG flow of an appropriate three-dimensional phi4
theory with the same chiral symmetry-breaking pattern expected in QCD.
Otherwise, the transition is expected to be first order. The RG flow
was studied by exploiting perturbative FT approaches, computing and
analyzing six-loop series (requiring the calculation of O(1000)
diagrams). The results indicate that the transition is of first order
for Nf>2. A continuous transition is allowed only for Nf=2. In the
case quarks are in the adjoint representation, we may have a
continuous transition for Nf=1,2.

------------------------------------------------------------------------
1.6 Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile
Scientifico dell'Unità di Ricerca

 

1. 	A. PELISSETTO, VICARI E. (2002). Critical Phenomena and
Renormalization Group Theory. /PHYSICS REPORTS. / vol. 368 pp. 549-727
ISSN: 0370-1573  
2. 	P. CALABRESE, A. PELISSETTO, VICARI E. (2004). The critical behavior
of magnetic systems described by Landau-Ginzburg-Wilson
field theories. In B.P. MARTINS EDITOR /Frontiers in Superconductivity
Research/ ISBN: 1-59454-005-5
NEW YORK: B.P. Martins (UNITED STATES).  
3. 	P. ROSSI, M. CAMPOSTRINI, VICARI E. (1998). The large-N expansion of
unitary matrix models. /PHYSICS REPORTS. / vol. 302 pp. 143-209 ISSN:
0370-1573  
4. 	F. BASILE, A. PELISSETTO, VICARI E. (2005). The finite-temperature
chiral transition in QCD with
adjoint fermions. /JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS. / vol. 02 pp.
044-1-044-30 ISSN: 1029-8479  
5. 	M. DE PRATO, A. PELISSETTO, VICARI E. (2004). The normal-to-planar
superfluid transition in He3. /PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER AND
MATERIALS PHYSICS. / vol. 70 pp. 214519-1-214519-9 ISSN: 1098-0121  
6. 	P. CALABRESE, P. PARRUCCINI, A. PELISSETTO, VICARI E. (2004).
Critical behavior of O(2)xO(N)-symmetric models. /PHYSICAL REVIEW. B,
CONDENSED MATTER AND MATERIALS PHYSICS. / vol. 70 pp. 174439-1-174439-23
ISSN: 1098-0121  
7. 	A. BUTTI, A. PELISSETTO, VICARI E. (2003). On the nature of the
finite-temperature chiral transition in QCD. /JOURNAL OF HIGH ENERGY
PHYSICS. / vol. 08 pp. 029 ISSN: 1126-6708  
8. 	P. CALABRESE, A. PELISSETTO, VICARI E. (2003). Multicritical
behavior of O(n1)+O(n2)-symmetric systems. /PHYSICAL REVIEW. B,
CONDENSED MATTER AND MATERIALS PHYSICS. / vol. 67 pp. 054505 ISSN:
1098-0121  
9. 	P. CALABRESE, A. PELISSETTO, VICARI E. (2003). Crossover from
random-dilute to random-field critical
behavior in Ising systems. /PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER. / vol.
68 pp. 092409 ISSN: 0163-1829  
10. 	P. CALABRESE, V. MARTINMAYOR, A. PELISSETTO, VICARI E. (2003). The
three-dimensional randomly dilute Ising model: Monta Carlo
results. /PHYSICAL REVIEW E. / vol. 68 pp. 036136 ISSN: 1063-651X  
11. 	L. DEL DEBBIO, H. PANAGOPOULOS, P. ROSSI, VICARI E. (2002).
Spectrum of confining strings in SU(N) gauge theories. /JOURNAL OF HIGH
ENERGY PHYSICS. / vol. 01 pp. 09 ISSN: 1126-6708  
12. 	L. DEL DEBBIO, H. PANAGOPOULOS, VICARI E. (2002). theta dependence
of SU(N) gauge theories. /JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS. / vol. 08 pp.
044 ISSN: 1126-6708  
13. 	M. CAMPOSTRINI, A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E. (2002). 25th
order high-temperature expansion results for three-dimensional
Ising-like systems on the simple cubic lattice. /PHYSICAL REVIEW E. /
vol. 65 pp. 066127 ISSN: 1063-651X  
14. 	M. CAMPOSTRINI, M. HASENBUSCH, A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E.
(2002). Critical exponents and equation of state of the
three-dimensional Heisenberg
universality class. /PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER. / vol. 65 pp.
144520 ISSN: 0163-1829  
15. 	A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E. (2001). The critical behavior of
frustrated spin models with noncollinear order,. /PHYSICAL REVIEW. B,
CONDENSED MATTER. / vol. 63 pp. 140414 ISSN: 0163-1829  
16. 	M. CAMPOSTRINI, M. HASENBUSCH, A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E.
(2001). Critical behavior of the XY universality class. /PHYSICAL
REVIEW. B, CONDENSED MATTER. / vol. 63 pp. 214503 ISSN: 0163-1829  
17. 	A. PELISSETTO, VICARI E. (2000). Randomly dilute spin models: a
six-loop field-theoretic study. /PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER. /
vol. 62 pp. 6393-6409 ISSN: 0163-1829  
18. 	C. ALEXANDROU, E. FOLLANA, H. PANAGOPOULOS, VICARI E. (2000).
One-loop renormalization of fermionic currents with the overlap-Dirac
operator. /NUCLEAR PHYSICS. B. / vol. 580 pp. 394-406 ISSN: 0550-3213  
19. 	J. CARMONA, A. PELISSETTO, VICARI E. (2000). The N-component
Ginzburg-Landau Hamiltonian with cubic symmetry:
a six-loop study. /PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER. / vol. 61 pp.
15136-15151 ISSN: 0163-1829  
20. 	M. CAMPOSTRINI, A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E. (1999). Improved
high-hemperature expansion and critical equation of state of
three-dimensional Ising-like systems. /PHYSICAL REVIEW E. / vol. 60 pp.
3526-3563 ISSN: 1063-651X  
21. 	VICARI E. (1999). The Euclidean two-point correlation function of
the topological charge density. /NUCLEAR PHYSICS. B. / vol. 554 pp.
301-312 ISSN: 0550-3213  
22. 	A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E. (1998). Crossover scaling from
classical to nonclassical critical behavior. /PHYSICAL REVIEW E. / vol.
58 pp. 7146-7150 ISSN: 1063-651X  
23. 	A. PELISSETTO, VICARI E. (1998). Four-point renormalized coupling
constant and Callan-Symanzik beta-function
in O(N) models. /NUCLEAR PHYSICS. B. / vol. 519 pp. 626-660 ISSN:
0550-3213  
24. 	C. CHRISTOU, A. FEO, H. PANAGOPOULOS, VICARI E. (1998). The
three-loop beta function of SU(N) lattice gauge theories
with Wilson fermions. /NUCLEAR PHYSICS. B. / vol. 525 pp. 387-400 ISSN:
0550-3213  
25. 	M. CAMPOSTRINI, A. PELISSETTO, P. ROSSI, VICARI E. (1998). The
two-point correlation function of three-dimensional O(N) models:
critical limit and anisotropy. /PHYSICAL REVIEW E. / vol. 57 pp. 184-210
ISSN: 1063-651X  


------------------------------------------------------------------------
1.7 Risorse umane impegnabili nel Programma dell'Unità di Ricerca




1.7.1 Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di Ricerca
**

*Personale docente*

nº 	Cognome  	Nome  	Dipartimento   	Qualifica  	Settore Disc.  	Mesi Uomo 
1° anno  	2° anno 
1. 	VICARI  	Ettore  	Dip. FISICA  	Prof. Associato  	FIS/02  	11  	11 
2. 	ROSSI  	Paolo  	Dip. FISICA  	Prof. Ordinario  	FIS/02  	11  	11 
* * 	*TOTALE * 	*  * 	*  * 	*  * 	*  * 	*22 * 	*22 *



*Altro personale*

nº 	Cognome  	Nome  	Dipartimento   	Qualifica  	Mesi Uomo 
1° anno  	2° anno 
1. 	Hasenbusch  	Martin  	Dip. FISICA  	prof. contratto 3 anni  	11  	11 
* * 	*TOTALE * 	*  * 	*  * 	*  * 	*11 * 	*11 *


------------------------------------------------------------------------
1.7.2 Personale universitario di altre Università
**

*Personale docente*
Nessuno

*Altro personale*

nº 	Cognome  	Nome  	Università  	Dipartimento   	Qualifica  	Mesi Uomo 
1° anno  	2° anno 
1. 	Parisen Toldin  	Francesco  	Scuola Normale Superiore di PISA 
Classe di Scienze  	dottorando  	11  	11 
* * 	*TOTALE * 	*  * 	*  * 	*  * 	*  * 	*11 * 	*11 *


------------------------------------------------------------------------
1.7.3 Titolari di assegni di ricerca


Nessuno
------------------------------------------------------------------------
1.7.4 Titolari di borse

nº 	Cognome  	Nome  	Dipartimento  	Anno di inizio borsa  	Durata
(in anni)  	Tipologia  	Mesi Uomo 
1° anno  	2° anno 
1. 	Basile  	Francesco  	Dip. FISICA  	2005  	3  	Dottorato  	11  	11 
2. 	Chilla  	Vincenzo  	Dip. FISICA  	2003  	3  	Dottorato  	11  	1 
* * 	*TOTALE * 	*  * 	*  * 	*  * 	*  * 	*  * 	*22 * 	*12 *


------------------------------------------------------------------------
1.7.5 Personale a contratto da destinare a questo specifico programma

nº 	Qualifica  	Costo previsto  	Mesi Uomo  	Note 
1° anno  	2° anno 
1. 	Borsista  	30.000  	11  	11  	 
* * 	*TOTALE * 	*30.000 * 	*11 * 	*11 * 	*  *


------------------------------------------------------------------------
1.7.6 Personale extrauniversitario indipendente o dipendente da altri Enti

nº 	Cognome  	Nome  	Nome dell'ente  	Qualifica  	Mesi Uomo 
1° anno  	2° anno 
1. 	Campostrini  	Massimo  	INFN  	I Ricercatore  	11  	11 
2. 	Calabrese  	Pasquale  	Oxford University  	Post Doc  	11  	11 
3. 	Del Debbio  	Luigi  	University of Edinburgh  	Lecturer  	11  	11 
* * 	*TOTALE * 	*  * 	*  * 	*  * 	*33 * 	*33 *




PARTE II

2.1 Titolo specifico del programma svolto dall'Unità di Ricerca


*Testo italiano*

Fenomeni critici in sistemi complessi e teoria del gruppo di
rinormalizzazione.


*Testo inglese*
Critical phenomena in complex systems and renormalization-group theory.

------------------------------------------------------------------------
2.2 Settori scientifico-disciplinari interessati dal Programma di Ricerca

 

FIS/02 - Fisica teorica, modelli e metodi matematici 


------------------------------------------------------------------------
2.3 Parole chiave


*Testo italiano*

TEORIA DEL GRUPPO DI RINORMALIZZAZIONE ; TEORIE DI CAMPO QUANTISTICHE ;
FENOMENI CRITICI ; SISTEMI DISORDINATI ; DINAMICA DI NON EQUILIBRIO ;
MODELLI DI SPIN ; TEORIE DI GAUGE SU RETICOLO ; SIMULAZIONI NUMERICHE ;
APPROCCI PERTURBATIVI IN TEORIA DI CAMPO


*Testo inglese*
RENORMALIZATION-GROUP THEORY ; QUANTUM FIELD THEORIES ; CRITICAL
PHENOMENA ; DISORDERED SYSTEMS ; NON-EQUILIBRIUM DYNAMICS ; SPIN MODELS
; LATTICE GAUGE THEORIES ; NUMERICAL SIMULATIONS ; PERTURBATIVE
APPROACHES IN FIELD THEORY

------------------------------------------------------------------------
2.4 Base di partenza scientifica nazionale o internazionale


*Testo italiano*

Le teorie di campo quantistiche e la teoria del gruppo di
rinormalizzazione permettono di descrivere fenomeni fisici molto
diversi, come le interazioni fondamentali della natura (cromodinamica
quantistica (QCD), modello standard) e i fenomeni critici in meccanica
statistica (per esempio la transizione superfluida in He4). Nella
nostra attivita` di ricerca ci siamo interessati ad entrambi i campi
di studio, in particolare alla cromodinamica quantistica nell'ambito
delle interazioni fondamentali e a vari fenomeni critici, dalla
transizione in He4 a sistemi piu` complessi, nell'ambito della
meccanica statistica. La lista di pubblicazioni nei riferimenti
bibliografici, che riporta una parte significativa delle nostre
pubblicazioni degli ultimi anni, dovrebbe gia` fornire un'idea della
nostra attivita` recente e delle basi della nostra ricerca.

Nel seguito descriveremo in breve le linee principali della nostra
ricerca. I numeri tra parentesi si riferiscono alla lista di
pubblicazioni nei riferimenti bibliografici.

Molti fenomeni critici in natura sono descritti da teorie
caratterizzate da un parametro d'ordine con N componenti, simmetria
O(N), e rottura di simmetria O(N)->O(N-1). Menzioniamo per esempio le
transizioni liquido-vapore, nelle miscele di fluidi, nei magneti, la
transizione superfluida in He4, la transizione a temperatura finita
nella materia adronica con due flavors leggeri. Se da un lato la
teoria che descrive queste transizioni e` ben stabilita, d'altra parte
e` di particolare interesse il miglioramento delle stime teoriche
delle varie quantita` universali che descrivono la transizione di
fase, come gli esponenti critici e l'equazione critica di stato, da
confrontare con i risultati dei molti esperimenti riportati in
letteratura. Infatti in alcuni casi i risultati sperimentali sono
molto precisi, come nel caso della transizione superfluida in He4, che
e' stata recentemente studiata in condizione di microgravita' nello
Space Shuttle. Abbiamo dedicato un certo numero di lavori a questo
scopo, vedi per esempio le referenze [1,22-38], utilizzando varie
tecniche, dallo sviluppo perturbativo nelle teorie di campo, sviluppi
di alta temperatura in modelli statistici, e anche simulazioni Monte
Carlo, ottenendo un sensibile miglioramento delle stime delle
quantita` fisiche universali. Questi risultati sono anche riportati
nella review [1].

In natura ci sono altri fenomeni critici interessanti caratterizzati
da pattern di rottura di simmetria piu` complessi, che possono essere
descritti da teorie phi4 Landau-Ginzburg-Wilson (LGW) piu` generali di
quella O(N), con campi fondamentali matriciali e vari accoppiamenti
quadratici e quartici. Tra i sistemi fisici che possono essere
descritti da Hamiltoniane LGW generalizzate menzioniamo (i) materiali
magnetici con impurita`, e piu` in generale una classe di modelli di
spin con disordine quenched accoppiato all'energia, sistemi magnetici
con anisotropia random; (ii) alcuni sistemi magnetici frustrati
caratterizzati da una fase ordinata noncollineare; (iii) transizione
superfluida in He3; (iv) comportamenti critici in prossimita` di punti
multicritici, che sono, per esempio, previsti, in ferromagneti
anisotropi, nell'ambito della teoria della superconduttivita` ad alta
temperatura, in alcuni sistemi di spin frustrati; (v) il comportamento
critico della materia adronica alla transizione chirale a temperature
finita.

Abbiamo studiato i comportamenti critici di questi sistemi, vedi per
esempio refs. [1-21], con tecniche di teoria di campo, e in
particolare calcolando e analizzando sviluppi perturbativi a grandi
ordini, tipicamente fino a sei loops. In alcuni casi abbiamo anche
effettuato simulazioni Monte Carlo per verificare i risultati di
teoria di campo, e avere una descrizione piu' completa del
comportamento critico. Nel caso di sistemi Ising con disordine
quenched accoppiato all'energia, quali i sistemi di spin diluiti, sono
state ottenuti risultati per gli esponenti critici [2,3], l'equazione
critica di stato [4], vari fenomeni di crossover [5,6], come quello ad
un comportamento critico di tipo random field, che e` osservato
sperimentalmente in antiferromagneti uniassiali diluiti quando si
accende un campo magnetico esterno. Per alcune transizioni, come
quelle in alcuni sistemi di spin frustrati con simmetria O(2)xO(N) e
la transizione superfluida in He3, dai risultati delle nostre analisi
(see ref. [9,12,13]) e' emersa la presenza di punti fissi stabili in
tre dimensioni che non sono presenti vicino alle quattro dimensioni, e
che descrivono nuove classi di universalita'. Nel caso di sistemi con
simmetria O(2)xO(2) abbiamo confrontato questi risultati con
simulazioni Monte Carlo [12], che hanno dato una conferma indipendente
delle predizioni ottenute dall'analisi delle serie a grandi ordini di
teoria di campo. Menzioniamo anche che abbiamo ottenuto una
descrizione piuttosto accurata del flusso di gruppo di
rinormalizzazione nelle teorie phi4 che descrivono comportamenti
multicritici derivanti dalla competizione di parametri d'ordine
differenti (vedi refs. [14-17]). Questi risultati si applicano in
vari contesti fisici, sistemi magnetici, superconduttori, etc..., nei
punti multicritici del diagramma di fase dove varie linee critiche si
incontrano e il comportamento critico e' determinato dalla
competizione tra i parametri d'ordine corrispondenti.

Un'altra importante linea di ricerca riguarda la fisica delle
interazioni fondamentali, ed in particolare la teoria delle
interazioni forti QCD. Nell'ambito dello studio del comportamento
della materia adronica a temperatura finita, che e' rilevante sia per
ragioni sperimentali che cosmologiche, e` stata studiata la natura
della transizione chirale a temperatura finita, usando essenzialmente
la teoria del gruppo di rinormalizzazione e appropriate teoria
effettive phi4 che realizzano il corretto pattern di rottura della
simmetria chirale [20,21]. Altri studi sono stati effettuati usando
la formulazione di Wilson su reticolo, che si presa all'uso di
tecniche non perturbative come le simulazioni Monte Carlo, vedi per
esempio ref. [40-52]. In particolare, sono stati portati avanti
progetti dedicati allo studio del comportamento delle teorie di gauge
SU(N) nel limite di grande N [40-44], lo spettro dello stringhe
confinanti [43-45], al comportamento universale delle stringa
confinante [46-48], e allo sviluppo degli algoritmi di simulazione
[49,50].

I sistemi quantistici a molti corpi sono oggetto di grande interesse
in settori diversi della fisica; noi ci stiamo occupando delle
applicazioni di metodi nati nell'ambito della fisica dello stato
condensato a teorie di campo sul reticolo in formalismo Hamiltoniano
[55] ed a modelli matriciali [51]; ci siamo dedicati in particolare di
modelli supersimmetrici. Ci siamo interessati sia a tecniche
deterministiche, come il troncamento dello spazio di Hilbert, che
stocastiche, come il Quantum Monte Carlo, per il quale abbiamo
organizzato un meeting interdisciplinare nel 2001 a Trento.


*Testo inglese*
Quantum Field Theories and Renormalization Group Theory can be used to
describe very different physical phenomena, including fundamental
interactions (Quantum Chromodynamics QCD, Standard Model) and critical
phenomena in statistical mechanics (e.g., the superfluid transition in
He4). In our research activity, we pursued both fields of study, and
in particular Quantum Chromodynamics within fundamental interactions,
and several critical phenomena, from the transition in He4 to more
complex systems, within statistical mechanics. The list of
publications in the bibliography section, which includes a significant
portion of our publications in the last few years, should already give
an overview of our recent research activity and of the basis of our
research.

In the following we will describe shortly the main lines of our recent
research. The numbers between parenthesis refer to the list of
references in the bibliography section.

Many critical phenomena in nature are described by theories
characterized by an N-component order parameter, O(N) symmetry, and
symmetry breaking O(N)->O(N-1). We quote, e.g., liquid-vapor
transitions, transitions in fluid mixtures and magnetic systems, the
superfluid transition in He4, the finite-temperature transition in QCD
with two light flavors, etc. The theory of these transition is
well-established; nonetheless, it is very interesting to improve the
theoretical estimates of the many universal quantities describing the
phase transition, e.g., critical exponents and the critical equation
of state; they can be compared with the many experimental results
reported in the literature. In several cases the experimental results
are very precise, e.g., the superfluid transition of He4, which has
been recently investigated in a microgravity environment on the Space
Shuttle. We devoted a number of publications to this task, some
references [1,22-38]; we used several techniques, including the
perturbative expansion of field theories, high-temperature expansion
in statistical models, and also Monte Carlo simulations. We obtained a
sensible improvement in the estimates of universal physical
quantities. For a review see ref. [1].

In nature, interesting critical phenomena characterized by more
complex symmetry breaking patterns exist; they can be described by
phi4 Landau-Ginzburg-Wilson (LGW) theories that are more general than
the O(N) model, with matrix order parameters and several quadratic and
quartic couplings. Among the physical systems that can be described
by generalized LGW Hamiltonians, we mention:
(i) magnetic materials with impurities, and more generically a class
of spin models with quenched disorder coupled to energy, magnetic
materials with a random anisotropy;
(ii) several frustrated magnetic systems characterized by a
noncollinear ordered phase;
(iii) the superfluid transition in He3;
(iv) the critical behavior in the vicinity of multicritical points,
that are, e.g., predicted in anisotropic ferromagnets, in the phase
diagram of high-temperature superconductors, in frustrated
multicomponent spin models;
(v) the critical behavior at the finite-temperature chiral transition
in QCD with Nf light flavors.

We have studied the critical behaviors of these systems, see
e.g. refs. [1-21], by exploiting field-theoretical techniques, and in
particular by computing and analyzing high-order perturbative series,
typically up to six loops. In some cases we supplemented the
field-theoretical studies with numerical investigations based on Monte
Carlo simulations. In the case of Ising systems with quenched
disorder coupled to energy, as diluted spin systems, we obtained
accurate results for the critical exponents [2,3], the critical
equation of state [4], and crossover phenomena [5,6], such as the one
to a random-field like critical behavior, which is observed
experimentally in diluted uniaxial antiferromagnets when an external
magnetic field is applied. For some transitions, such as the ones in
multicomponent frustrated models with symmetry O(2)xO(N) and the
superfluid transition in He3, see refs. [9,12,13], our
field-theoretical studies provided evidence of three-dimensional
stable fixed points that do not appear close to four dimensions, and
should describe new universality classes. This prediction has been
checked in the case O(2)xO(2)-symmetric systems by numerical Monte
Carlo results [12]. We provided a detailed description of the
renormalization-group flow, see refs. [14-17], in theories describing
multicritical behaviors due to the competition of different order
parameters. These results apply to several different physical
contexts, such magnetic systems, superconductors, etc..., at the
multicritical points where some critical lines meet in the phase
diagram, and the multicritical behavior is determined by the
competition of the corresponding order parameters.


Another important line of our research deals with topics which are
relevant for the physics of fundamental interactions, and especially
the theory of strong interactions, QCD. An important issue is the
behavior of the hadronic matter at finite-temperature. We
investigated the nature of the finite-temperature chiral transitions
in QCD with fermions in the fundamental and adjoint representations,
by studying the renormalization-group flow of effective phi4 models
with the expected chiral symmetry-breaking pattern [20,21]. Other
studies exploited the Wilson lattice formulation of QCD, which lends
itself to non-perturbative studies based on Monte Carlo simulations,
see e.g. refs. [40-52]. In particular, we developed projects devoted
to the study of the behavior of SU(N) gauge theories on the large-N
limit (see refs. [40-44]), the spectrum of confining strings in
SU(N) gauge theories [43-45], the universal behavior of the
effective confining string [46-48], and the development of Monte Carlo
algorithms for full QCD [49,50].

Many-body quantum systems are a topic of great interest in different
sectors of physics; we are studying the application of techniques
originated within condensed-matter physics to lattice field theories
in the Hamiltonian formulation [55] and to matrix models [51]; we
devoted our attention mainly to supersymmetric models. We looked at
both deterministic methods, like Hilbert-space truncation, and to
stochastic techniques, like Quantum Monte Carlo, to which we devoted
an interdisciplinary meeting in Trento.

------------------------------------------------------------------------
2.4.a Riferimenti bibliografici

[1] A. Pelissetto, E. Vicari,
Critical Phenomena and Renormalization Group Theory,
Physics Reports 368 (2002) 549-727.

[2] A. Pelissetto, E. Vicari,
Randomly dilute spin models: a six-loop field-theoretic study,
Phys. Rev. B 62 (2000) 6393-6409.

[3] P. Calabrese, V. Martin-Mayor, A. Pelissetto, E. Vicari,
The three-dimensional randomly dilute Ising model: Monte Carlo results,
Phys. Rev. E 68 (2003) 036136.

[4] P. Calabrese, M. De Prato, A. Pelissetto, E. Vicari,
Critical equation of state of randomly dilute Ising systems
Phys. Rev. B 68 (2003) 134418.

[5] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
Crossover from random-dilute to random-field critical behavior in Ising
systems,
Phys. Rev. B 68 (2003) 092409.

[6] P. Calabrese, P. Parruccini, A. Pelissetto, E. Vicari,
Crossover behavior in three-dimensional dilute Ising systems,
Phys. Rev. E 69 (2004) 036120.

[7] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
Randomly diluted spin models with cubic symmetry,
Phys. Rev. B 67 (2003) 024418.

[8] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
Spin models with random anisotropy and reflection symmetry,
Phys. Rev. E 70 (2004) 036104.

[9] A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
The critical behavior of frustrated spin models with noncollinear order,
Phys. Rev. B 63 (2001) 140414(R).

[10] A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Chiral exponents in frustrated spin models with noncollinear order,
Phys. Rev. B 65 (2002) 020403(R).

[11] A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Large-N critical behavior of O(M)xO(N) spin models'',
Nucl. Phys. B 607 (2001) 605-634.

[12] P. Calabrese, P. Parruccini, A. Pelissetto, E. Vicari,
Critical behavior of O(2)xO(N)-symmetric models,
Phys. Rev. B 70 (2004) 174439.

[13] M. De Prato, A. Pelissetto, E. Vicari,
The normal-to-planar superfluid transition in He3,
Phys. Rev. B 70 (2004) 214519.

[14] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
Multicritical behavior of O(n_1)+O(n_2)-symmetric systems,
Phys. Rev. B 67 (2003) 054505.

[15] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
Multicritical behavior in frustrated spin systems with noncollinear order,
Nucl. Phys. B 709 (2005) 550.

[16] A. Pelissetto, E. Vicari,
Interacting N-vector order parameters with O(N) symmetry,
hep-th/0409214.

[17] M. Hasenbusch, A. Pelissetto, E. Vicari,
Instability of the O(5) critical behavior in the SO(5) theory of
high-Tc superconductors, cond-mat/0502327.

[18] P. Calabrese, A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Field-theory results for three-dimensional transitions with complex
symmetries, Int. J. Mod. Phys. B 17 (2003) 5829, Talk at the
International Conference on Theoretical Physics, TH-2002, UNESCO,
Paris, 22nd-27th July, 2002,

[19] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
The critical behavior of magnetic systems described by
Landau-Ginzburg-Wilson field theories, in Frontiers in
Superconductivity Research, edited by B.P. Martins, (Nova Science
Publishers, Inc., New York, 2004) [cond-mat/0306273].

[20] A. Butti, A. Pelissetto, E. Vicari,
On the nature of the finite-temperature chiral transition in QCD,
JHEP 08 (2003) 029.

[21] F. Basile, A. Pelissetto, E. Vicari,
The finite-temperature chiral transition in QCD with adjoint fermions,
JHEP 02 (2005) 044.

[22] M. Campostrini, A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Improved high-hemperature expansion and critical equation of state of
three-dimensional Ising-like systems,
Phys. Rev. E 60 (1999) 3526-3563.

[23] M. Campostrini,
Linked-Cluster Expansion of the Ising Model,
J. Stat. Phys. 103 (2001) 369

[24] M. Campostrini, A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
25th order high-temperature expansion results for three-dimensional
Ising-like systems on the simple cubic lattice,
Phys. Rev. E 65 (2002) 066127.

[25] M. Campostrini, M. Hasenbusch, A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Critical behavior of the XY universality class,
Phys. Rev. B 63 (2001) 214503.

[26] M. Campostrini, M. Hasenbusch, A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Critical exponents and equation of state of the three-dimensional
Heisenberg
universality class,
Phys. Rev. B 65 (2002) 144520.

[27] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari,
Critical structure factors of bilinear fields in O(N) vector models,
Phys. Rev. E 66 (2002) 046115.

[28] P. Calabrese, A. Pelissetto, E. Vicari
Structure factor of dilute ring polymers
J.Chem. Phys. 116 (2002) 8191

[29] V. Martin-Mayor, A. Pelissetto, E. Vicari,
Critical structure factor in Ising systems,
Phys. Rev. E 66 (2002) 026112.

[30] M. De Prato, A. Pelissetto, E. Vicari,
Third-harmonic exponent in three-dimensional N-vector models,
Phys. Rev. B 68 (2003) 092403.

[31] F. Parisen Toldin, A. Pelissetto, E. Vicari,
The scaling equation of state of the 3-D O(4) universality class,
JHEP 07 (2003) 029.

[32] M. Caselle, M. Hasenbusch, A. Pelissetto, E. Vicari,
Irrelevant operators in the two-dimensional Ising model,
J. Phys. A 35 (2002) 4861.

[33] S. Caracciolo, M. S. Causo, A. Pelissetto, P. Rossi, E. Vicari,
Crossover phenomena in spin models with medium-range interactions and
self-avoiding walks with medium-range jumps,
Phys. Rev. E 64 (2001) 046130.

[34] P. Calabrese, V. Martin-Mayor, A. Pelissetto, E. Vicari,
Dynamic structure factor of Ising universality class with purely
relaxational dynamics,
Phys. Rev. E 68 (2003) 016110.

[35] A. Butti, F. Parisen Toldin,
The critical equation of state of the three-dimensional O(N)
universality class: N>4,
Nucl. Phys. B704 (2005) 527.

[36] M. Hasenbusch,
The two dimensional XY model at the transition temperature: A high
precision Monte Carlo study,
cond-mat/0502556.

[37] M. Campostrini, P. Parruccini, P. Rossi,
On the evaluation of the improvement parameter in the lattice
Hamiltonian approach to critical phenomena,
Phys. Rev. E 67 (2003) 046121.

[38] M. Hasenbusch,
Monte Carlo studies of the three-dimensional Ising model in equilibrium,
Int. J. Mod. Phys. C 12 (2001) 911.

[39] D. Fichera, M. Mintchev, E. Vicari,
Quantum field theories and critical phenomena on defects,
hep-th/0502074.

[40] L. Del Debbio, H. Panagopoulos, E. Vicari,
theta dependence of SU(N) gauge theories,
JHEP 08 (2002) 044.

[41] L. Del Debbio, H. Panagopoulos, E. Vicari,
Topological susceptibility of SU(N) gauge theories at finite temperature,
JHEP 09 (2004) 028.

[42] S. Profumo, E. Vicari,
Twisted Eguchi-Kawai reduced chiral models,
JHEP 05 (2002) 014.

[43] L. Del Debbio, H. Panagopoulos, P. Rossi, and E. Vicari,
k-string tensions in SU(N) gauge theories,
Phys. Rev. D 65 (2002) 021501(R).

[44] L. Del Debbio, H. Panagopoulos, P. Rossi, and E. Vicari,
Spectrum of confining strings in SU(N) gauge theories'',
JHEP 01 (2002) 09.

[45] L. Del Debbio, H. Panagopoulos, E. Vicari,
Confining strings in representations with common N-ality,
JHEP 09 (2003) 034.

[46] M.Caselle, M.Hasenbusch, M.Panero,
String effects in the 3d gauge Ising model,
JHEP 09 (2003) 057.

[47] M.Caselle, M.Hasenbusch, M.Panero,
Short distance behaviour of the effective string,
JHEP 05 (2004) 032.

[48] M. Caselle, M. Hasenbusch, M. Panero,
Comparing the Nambu-Goto string with LGT results,
hep-lat/0501027

[49] M. Hasenbusch,
Speeding up the Hybrid-Monte-Carlo algorithm for dynamical fermions,
Phys. Lett. B519 (2001) 177.

[50] M. Hasenbusch, K. Jansen,
Speeding up Lattice QCD simulations with clover-improved Wilson Fermions
Nucl. Phys. B659 (2003) 299.

[51] L. Del Debbio, G. Manca, E. Vicari,
Critical slowing down of topological modes,
Phys. Lett. B 594 (2004) 315.

[52] M. Hasenbusch, S. Necco,
SU(3) lattice gauge theory with a mixed fundamental and adjoint
plaquette action:
Lattice artefacts,
JHEP 0408 (2004) 005

[53] M. Campostrini, J. Wosiek,
Exact Witten Index in D=2 supersymmetric Yang-Mills quantum mechanics,
Phys. Lett. B 550 (2002) 121.

[54] M. Campostrini, J. Wosiek,
High precision study of the structure of D=4 supersymmetric Yang-Mills
quantum mechanics
Nucl. Phys. B703 (2004) 454.

[55] M. Beccaria, M. Campostrini, A. Feo,
Supersymmetry breaking in two dimensions: the lattice N=1 Wess-Zumino model,
Phys. Rev. D69 (2004) 095010.

[56] M. Beccaria, M. Campostrini, G. De Angelis, A. Feo,
Phase diagram of the lattice Wess-Zumino model from rigorous lower
bounds on the energy,
Phys. Rev. D70 (2004) 035011.

------------------------------------------------------------------------
2.5 Descrizione del programma e dei compiti dell'Unità di Ricerca


*Testo italiano*

Il programma dell'unita` di Pisa si sviluppa a partire dalle basi
discusse al paragrafo precedente. Nel seguito presentiamo una breve
descrizione delle linee di ricerca e delle principali questioni che ci
proponiamo di affrontare. Esse riguardano studi di sistemi critici e
teoria di campo quantistiche. Gli approcci teorici sono sia analitici
che computazionali, utilizzando pesantemente il calcolo su
computer. Quindi questi progetti sono perfettamente compatibili con
l'argomento generale del progetto PRIN. Inoltre, molti dei progetti
descritti nel seguito saranno sviluppati in collaborazione con
la componente dell'universita` di Roma I, La Sapienza, e in
particolare con Andrea Pelissetto.

(1) Sistemi di spin con anisotropia random. Le tecniche standard di
teoria di campo che assumono la simmetria delle repliche non
evidenziano punti fissi stabili nelle teorie corrispondenti. D'altra
parte altri approcci suggeriscono una transizione ad una fase vetrosa.
Ci proponiamo di investigare il comportamento critico alla
transizione.

(2) Dinamica fuori equilibrio. Ci proponiamo di studiare fenomeni di
aging in sistemi di spin, essenzialmente sistemi Ising puri e con
disordine quenched, usando anche lo strumento delle simulazioni Monte
Carlo. In particolare intendiamo studiare la relazione e le
proprieta` di scaling delle funzioni di correlazione e di risposta di
varie osservabili quando il sistema nella fase disordinata viene
raffreddato alla temperatura critica.

(3)In sistemi con disordine accoppiato all'energia, come nei modelli
di spin con impurita`, la simmetria delle repliche e` apparentemente
preservata. Ci proponiamo di verificare questa proprieta` calcolando
le dimensioni RG al punto fisso stabile (replica simmetrico) degli
operatori che potrebbero rompere la simmetria delle repliche.

(4) Nei lantanidi La_{2-x} Sr_x Cu O_4 a temperature prossime allo
zero viene osservata una fase ordinata caratterizzata da onde di spin
per x < 0.14. Per x approssimativamente eguale a 0.14 si osserva un
transizione di fase (del secondo ordine secondo gli esperimenti) al di
la' della quale scompare l'ordine magnetico. Zhang, Demler e Sachdev
(Phys. Rev. B 66 (2002) 094501) hanno proposto una teoria effettiva
per descrivere tale transizione, che si basa su un Hamiltoniana phi4
Landau-Ginzburg-Wilson con due parametri d'ordine complessi connessi
con le spin-density waves. Ci proponiamo di studiare tale teoria, ed in
particolare la struttura del suo flusso del gruppo di
rinormalizzazione alla ricerca di un punto fisso stabile che supporti
le osservazioni sperimentali. Questo dovrebbe essere fatto
utilizzando essenzialmente tecniche di teoria di campo, cioe` calcolo
degli sviluppi perturbativi a grandi ordini e studio del comportamento
asintotico delle serie.

(5) Nell'elettrodinamica scalare (teoria di Ginzburg-Landau), che e`
rilevante per la teoria dei superconduttori, la natura delle
transizioni di fase nei vari regimi e` ancora un fatto
controverso. Tecniche di teoria di campo, essenzialmente basate sullo
sviluppo attorno alle 4 dimensioni, non mostrano punti fissi stabili e
quindi predicono transizioni del primo ordine. D'altra parte
simulazioni Monte Carlo e altri approcci (basati su una dualita`
approssimata) tridimensionali supportano transizioni di fase continue
nella regione di tipo II (vedi per esempio Mo, Hove, Sudbo,
Phys. Rev. B 65 (2002) 104501). Per chiarire quest'apparente
contraddizione, ci proponiamo di estendere i calcoli perturbativi gia`
effettuati (che sono ad uno o due loops a secondo dello schema),
specialmente nell'appproccio a dimensione fissa.

(6) I comportamenti critici di sistemi di spin antiferromagnetici
frustrati in tre e due dimensioni non sono stati ancora capiti,
sebbene sono stati studiati da piu' di 20 anni. In due dimensioni
modelli XY frustrati, sono realizzati sperimentalmente in Josephson
junctions in presenza di un campo magnetico. In tre dimensioni sono
realizzati da alcuni sistemi magnetici in reticoli a base
triangolare. Differenti analisi teoriche hanno fornito risultati
contraddittori, richiedendo ulteriori studi. Ci proponiamo di
studiare questo problema facendo simulazioni Monte Carlo di modelli
effettivi ferromagnetici che descrivono i modi critici dei sistemi
originali. Allo scopo di studiare il comportamento critico dei sistemi
frustrati bidimensionali, ci proponiamo anche di calcolare serie di
alta temperatura a grandi ordini.

(7) Ci proponiamo lo studio del diagramma di fase di modelli
realistici di superconduttori ad alta temperatura, quali quelli
suggeriti dalla teoria SO(5) (S.-C. Zhang, Science 275 (1997) 1089;
E. Demler, W. Hanke, and S.-C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 76 (2004) 909),
basata sulla competizione dei parametri d'ordine antiferromagnetici e
superconduttori. In particolare questa teoria predice l'esistenza di
un punto multicritico nel diagramma di fase nel piano
temperatura-doping. Nostri studi recenti sul flusso del gruppo di
rinormalizzazione in teorie multicritiche con simmetria O(2)+O(3)
predicono una transizione del primo ordine al punto multicritico
(M. Hasenbusch, A. Pelissetto, E. Vicari, Instability of the O(5)
critical behavior in the SO(5) theory of high-Tc superconductors,
cond-mat/0502327). Questo puo' essere verificato con simulazioni
Monte Carlo quantistiche su modelli realistici.

(8) Ci proponiamo di studiare in flusso di gruppo di rinormalizzazione
in teorie di campo quantistiche che non hanno uin punto fisso stabile,
dove le traiettorie di gruppo di rinormalizzazione non convergono,
suggerendo transitioni del primo ordine per i sistemi statistici
corrispondenti. Questo studio e' anche strettamente connesso al
calcolo delle funzioni universali di crossover dal punto fisso
instabile.

(9) Un questione interessante nell'ambito delle teorie di gauge
nonabeliane, come la teoria QCD delle interazioni forti, e' la
dipendenza da theta delle quantita' fisiche, dove theta e' il
coefficiente del termine topologico che puo' essere aggiunto alla
lagrangiana della teoria. Questo e' stato poco studiato perche' non
e' possibile effettuare simulazioni Monte Carlo con theta diverso da
zero, in quanto l'azione diventa complessa. Ci proponiamo di studiare
la dipendenza da theta per theta piccoli, determinando lo sviluppo in
potenze di theta attorno theta=0.

(10) Meccanica quantistica supersimmetrica di Yang-Mills. Le nostre
tecniche ci permettono uno studio dettagliato del modello
quadridimensionale. Stiamo lavorando per estendere lo studio al
modello 10-dimensionale, che ha grande interesse per la teoria M;
stiamo sviluppando algoritmi di calcolo in teoria dei gruppi per
lavorare con rappresentazioni molto grandi, che potrebbe avere
applicazioni piu` generali.

(11) Modelli di crescita delle superfici Stiamo studiando il modello
"Raise and Peel" di crescita delle superfici, mediante tecniche sia
analitiche che stocastiche.


*Testo inglese*
The research program of our group develop from the points discussed in
the preceding paragraph. In the following we present a brief
description of our research projects for the next few years. They
mostly concern problems in statistical mechanics, and in particular
critical phenomema, and field theory. The theoretical approaches are
based on analytical and computational methods, heavily using
computers. Therefore, they are perfectly compatible with the general
arguments of this proposal (PRIN). Moreover, we would like to stress
that several projects are planned to be developed in collaboration
with the Roma I component of the global proposal, and in particular
with Andrea Pelissetto.

(1) Spin systems in the presence of random anisotropy. Standard
field-theoretical methods assuming replica symmetry do not find stable
fixed points in the correspondind theories. On the other hand, other
approaches suggest a transition to a glass phase. We plan to
investigate the critical behavior at the transition.

(2) Off-equilibrium dynamics. We plan to study aging phenomena in
spin systems (in the absence and presence of impurities) by numerical
Monte Carlo simulations. In particular, we plan to study the scaling
properties of the correlation and response functions of various
quantities when the system is cooled from the disordered phase to the
critical temperature.

(3) In sistems with disorder effectively coupled to the energy, such
as spin systems in the presence of impurities, the replica symmetry is
apparently preserved. We plan to directly check this property by
computing the renormalization-group dimensions of the perturbations
that may break replica symmetry at the replica-symmetric fixed point.

(4) In La_{2-x} Sr_x Cu O_4 at low temperature one finds
spin-density-wave order for x<0.14 which disappears for larger
doping. Experimentally this transition appears to be continuous. In
order to describe such transition, Zhang, Demler e Sachdev
(Phys. Rev. B 66 (2002) 094501) have recently proposed an effective
theory based on two N-component spin-density-wave order parameters. We
plan to study it, and in particular the structure of its
renormalization-group flux, to investigate the presence of a stable
fixed point that could support the experimental findings. This should
be achieved by employing field-theoretical methods, i.e. by computing
serveral terms in a perturbative framework, and by studying their
large-order behavior.

(5) In the scalar electrodynamics (Ginzburg-Landau theory), which is
relevant for the theory of superconductivity, the issue of the nature
of the expected phase transition has not be settled yet.
Field-theoretical methods, essentially based on the epsilon expansion
around four dimensions, do not provide evidence of stable fixed
points, thus suggesting the absence of continuous transitions. On the
other hand, Monte Carlo simulations and other three-dimensional
approaches (based on approximate duality) support continuous
transitions in the type-II region (see e.g. Mo, Hove, Sidbo,
Phys. Rev. B 65 (2002) 104501). In order to clarify this apparent
contradiction, we plan to extend the field-theory perturbative
calculations (the available results are generally to one or two loops
depending on the scheme), especially in three-dimensional schemes.

(6) The critical behaviors of multicomponent frustrated
antiferromagnets are still controversial issues, in both three and two
dimensions, although they have been studied for two decades. In two
dimensions, frustrated XY models are experimentally realized in
Josephson junctions in the presence of a magnetic field. In three
dimensions, they are realized by some magnetic systems in stacked
triangular lattices. Different theoretical analysis have provided
contradictory results, calling for further investigation. We plan to
further investigate this issue by perfoming Monte Carlo simulations of
effective ferromagnetic lattice theories expected to describe the
critical modes in these models. Another line of attack is represented
by the computation of high-temperature expansions to high orders.

(7) We plan to investigate the phase diagram of realistic models of
high-Tc superconductors as suggested by the SO(5) theory (S.-C. Zhang,
Science 275 (1997) 1089; E. Demler, W. Hanke, and S.-C. Zhang,
Rev. Mod. Phys. 76 (2004) 909), which is based on the competition of
antiferromagnetic and superconductor order parameters. This theory
predicts the existence of a multicritical point in the
temperature-doping phase diagram. Our recent renormalization-group
studies (see e.g. M. Hasenbusch, A. Pelissetto, E. Vicari, Instability
of the O(5) critical behavior in the SO(5) theory of high-Tc
superconductors, cond-mat/0502327) predict a first order transition at
the multicritical point where three transition lines meet. We plan to
study this issue by exploiting quantum Monte Carlo techniques.

(8) We plan to investigate the renormalization-group flow of field
theories without stable fixed points, where the renormalization-group
trajectories run away, thus suggesting first-order transitions for the
corresponding statistical systems. This study should also provide the
universal crossover functions from the unstable fixed point to the
eventual first-order transition.

(9) An interesting issue in the theory of strong interactions, QCD, is
the theta dependence of physical quantities, where theta is the
coupling of the topological term which can be added to the lagrangian.
No simulations can be performed at theta different from zero, since
the action becomes complex. We plan to study this issue for small
values of theta, around theta=0, by determining the expansion in
powers of theta of the spectrum of SU(N) gauge theories.

(10) Supersymmetric Yang-Mills quantum mechanics. Our techniques
allow us to study in detail the four-dimensional model. We are
working to extend the study to the ten-dimensional model, which is of
interest for M-theory; we are developing algorithms for group theory
computations to work with very large representations, which might be
of more general interest.

(11) Models of surface growth. We are studying the "Raise and Peel
Model" of surface growth, using both analytical and stochastic
tecniques.

------------------------------------------------------------------------
2.6 Descrizione delle attrezzature già disponibili ed utilizzabili per
la ricerca proposta con valore patrimoniale superiore a 25.000 Euro


*Testo italiano*

nº 	anno di acquisizione  	Descrizione 
1. 	2003  	Cluster di PC da 7 nodi biprocessore a 64 bit e server di disco 



*Testo inglese*
nº 	anno di acquisizione  	Descrizione 
1. 	2003  	PC cluster composed by 7 biprocessor 64 bit nodes and disk
server 




2.7 Descrizione delle Grandi attrezzature da acquisire (GA)


*Testo italiano*


Nessuna

*Testo inglese*

Nessuna
------------------------------------------------------------------------
2.8 Mesi uomo complessivi dedicati al programma


*Testo italiano*

  	   	Numero  	Mesi uomo
1° anno  	Mesi uomo
2° anno  	Totale mesi uomo 
*Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di
Ricerca*  	3  	33  	33  	66 
*Personale universitario di altre Università*  	1  	11  	11  	22 
*Titolari di assegni di ricerca*  	0  	  	  	 
*Titolari di borse*  	Dottorato  	2  	22  	12  	34 
Post-dottorato  	0  	  	  	 
Scuola di Specializzazione  	0  	  	  	 
*Personale a contratto*  	Assegnisti  	0  	  	  	 
Borsisti  	1  	11  	11  	22 
Dottorandi  	0  	  	  	 
Altre tipologie  	0  	  	  	 
*Personale extrauniversitario*  	3  	33  	33  	66 
*TOTALE * 	*  * 	*10 * 	*110 * 	*100 * 	*210 *



*Testo inglese*
  	   	Numero  	Mesi uomo
1° anno  	Mesi uomo
2° anno  	Totale mesi uomo 
*University Personnel*  	3  	33  	33  	66 
*Other University Personnel*  	1  	11  	11  	22 
*Work contract (research grants, free lance contracts)*  	0  	  	  	 
*PHD Fellows & PHD Students*  	PHD Students  	2  	22  	12  	34 
Post-Doctoral Fellows  	0  	  	  	 
Specialization School  	0  	  	  	 
*Personnel to be hired*  	Work contract (research grants, free lance
contracts)  	0  	  	  	 
PHD Fellows & PHD Students  	1  	11  	11  	22 
PHD Students  	0  	  	  	 
Other tipologies  	0  	  	  	 
*No cost Non University Personnel*  	3  	33  	33  	66 
*TOTALE * 	*  * 	*10 * 	*110 * 	*100 * 	*210 *



PARTE III


3.1 Costo complessivo del Programma dell'Unità di Ricerca


*Testo italiano*

Voce di spesa  	Spesa in Euro  	Descrizione 
Materiale inventariabile  	54.000  	16 nodi biprocessore a 64 bit per
cluster di PC, PC e libri 
Grandi Attrezzature  	  	 
Materiale di consumo e funzionamento  	8.000  	contributo spese del
dipartimento 
Spese per calcolo ed elaborazione dati  	  	 
Personale a contratto  	30.000  	una borsa post-Doc per due anni 
Servizi esterni  	  	 
Missioni  	2.000  	collaborazione con altre istituzioni italiane e
all'estero 
Pubblicazioni  	  	 
Partecipazione / Organizzazione convegni  	  	 
Altro   	  	 
*TOTALE* 	*94.000 * 	*  *



*Testo inglese*
Voce di spesa  	Spesa in Euro  	Descrizione 
Materiale inventariabile  	54.000  	16 biprocessor 64 bit nodes for PC
cluster, PC and books 
Grandi Attrezzature  	  	 
Materiale di consumo e funzionamento  	8.000  	contribution to
department expenses 
Spese per calcolo ed elaborazione dati  	  	 
Personale a contratto  	30.000  	Post Doc position for two years 
Servizi esterni  	  	 
Missioni  	2.000  	collaboration with other institutions
in Italy and abroad 
Pubblicazioni  	  	 
Partecipazione / Organizzazione convegni  	  	 
Altro   	  	 
*TOTALE* 	*94.000 * 	*  *




3.2 Costo complessivo del Programma di Ricerca

  	   	Descrizione 
Costo complessivo del Programma dell'Unità di Ricerca  	94.000  	 
Fondi disponibili (RD + RA)
/comprensivi dell'8% max per spese di gestione/  	28.200  	Universita`
di Pisa, disponibili in caso di approvazione del cofinanziamento 
Cofinanziamento di altre amministrazioni  	  	 
*Cofinanziamento richiesto al MIUR*  	65.800  	 



3.3.1 Certifico la dichiarata disponibilità e l'utilizzabilità dei fondi
di Ateneo (RD e RA)

SI



/(per la copia da depositare presso l'Ateneo e per l'assenso alla
diffusione via Internet delle informazioni riguardanti i programmi
finanziati e la loro elaborazione necessaria alle valutazioni; D. Lgs,
196 del 30.6.2003 sulla "Tutela dei dati personali")/




Firma _____________________________________   	Data 31/03/2005 ore 13:35