Inverse problems across scales
dc.contributor.advisor | Araújo, João Medeiros de | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-8462-4280 | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3061734732654188 | |
dc.contributor.author | Lima, Paulo Douglas Santos de | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/5168410652715777 | |
dc.contributor.referees1 | Costa, Jessé Carvalho | pt_BR |
dc.contributor.referees1ID | https://orcid.org/0000-0002-2906-3588 | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7294174204296739 | |
dc.contributor.referees2 | Schleicher, Joerg Dietrich Wilhelm | pt_BR |
dc.contributor.referees2ID | https://orcid.org/0000-0002-6123-317X | |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/0373061112091020 | |
dc.contributor.referees3 | Machado, Leonardo Dantas | pt_BR |
dc.contributor.referees3ID | https://orcid.org/0000-0003-1221-4228 | |
dc.contributor.referees3Lattes | http://lattes.cnpq.br/9253069541351708 | |
dc.contributor.referees4 | Mohan, Madras Viswanathan Gandhi | pt_BR |
dc.contributor.referees4Lattes | http://lattes.cnpq.br/1995273890709490 | |
dc.contributor.referees5 | Ferreira, Mauro Santos | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2025-07-23T19:10:22Z | |
dc.date.available | 2025-07-23T19:10:22Z | |
dc.date.issued | 2024-11-29 | |
dc.description.abstract | Predicting the shape of the shadow generated by a 3D object is a straightforward task. However, it can be challenging to solve the inverse problem of finding the object’s shape solely from its projected shadow. Analogous situations appear in many areas of Physics, either to detect gas reservoirs or to design a new quantum material. In this regard, inverse problems typically involve extracting physical properties from a noisy and limited information scenario. The typical length scale and the interactions between physical parameters introduce distinct challenges for each inverse problem. This motivated us to cross scales in this thesis by analyzing four problems and their inverse counterparts. Guided by a cross-fertilization scheme and following a multiscale approach, we started studying what mass density a hanging cable must possess to assume a specific shape. Then, we solve the Bayesian full waveform inversion problem for single and multiple timedependent seismic surveys. To address this inverse problem, we employed the Hamiltonian Monte Carlo method with a proposed mass matrix design. After that, we migrate to the forward problem of determining self-assembled magnetic particles’ ordered structures and their collapse conditions. Finally, we investigate the quantum inverse problem of finding the spatial position of randomly distributed impurities in a one-dimensional electronic device. These problems provide valuable insights into solving inverse problems and have applications in various fields of Physics. | |
dc.description.resumo | Prever a sombra gerada por um objeto 3D é uma tarefa simples. No entanto, resolver o problema inverso de determinar a forma de um objeto apenas a partir de sua sombra projetada pode ser bastante desafiador. Situações similares aparecem em várias áreas da Física, seja para detectar reservatórios de gás ou para projetar um novo material quântico. Nesse sentido, os problemas inversos geralmente envolvem a extração de propriedades físicas a partir de um cenário de informações limitadas e ruidosas. A escala típica de comprimento e as interações entre os parâmetros físicos introduzem desafios distintos em cada situação. Motivado por isso, cruzamos escalas nesta tese ao analisar quatro problemas e seus equivalentes problemas inversos. Guiado por um esquema de fertilização cruzada e seguindo uma abordagem multiescalar, começamos investigando qual densidade de massa um cabo suspenso deve possuir para assumir uma forma específica. Em seguida, resolvemos o problema da inversão completa da forma de onda (FWI) usando inferência Bayesiana para levantamentos sísmicos únicos e repetidos. Para abordar esse problema inverso, empregamos o método do Monte Carlo Hamiltoniano propondo a construção de uma matriz de massa. Após isso, migramos para o problema direto de determinar as estruturas ordenadas e as condições de colapso de partículas magnéticas auto-organizadas. Finalmente, investigamos o problema quântico inverso de encontrar a posição espacial de impurezas distribuídas aleatoriamente em um dispositivo eletrônico unidimensional. Esses problemas fornecem uma compreensão valiosa para a resolução de problemas inversos com aplicações em diversos campos da Física. | |
dc.identifier.citation | LIMA, Paulo Douglas Santos de. Inverse problems across scales. Orientador: Dr. João Medeiros de Araújo. 2024. 152f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/64863 | |
dc.language.iso | pt_BR | |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | |
dc.publisher.country | BR | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Problemas inversos | |
dc.subject | Teoria da inversão | |
dc.subject | Design inverso de materiais | |
dc.subject | Inversão completa da forma de onda | |
dc.subject | Sistemas quânticos desordenados | |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | |
dc.title | Inverse problems across scales | |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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