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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/18245
Tipo de Documento: | Dissertação |
Título: | A abordagem do espaço de Fock para pequenos sistemas estocásticos : a cinética de Michaelis-Menten com inibidores e o modelo SEAIR |
Autor(es): | Carvalho, Arthur Matheus de Souza |
Data do documento: | 28-Jul-2023 |
Orientador: | Duarte Filho, Gerson Cortês |
Resumo: | A natureza está repleta de fenômenos que ocorrem de forma aleatória, como a disseminação de vírus e reações químicas, entres outros. A imprevisibilidade desses fenômenos implica em uma grande dificuldade de descrevê-los em função do tempo, desse modo, é fundamental a busca de novas ferramentas matemáticas que nos permitam melhorar nossa compreensão dos mesmos. O formalismo do espaço de Fock tem se mostrado uma ferramenta bastante útil na descrição de sistemas estocásticos clássicos. Nessa abordagem, pode-se mapear a equação mestra na forma de uma equação de Schrödinger e utilizar os operadores de segunda quantização para descrever a dinâmica de pequenos modelos estocásticos clássicos. A solução dessa equação descreve a probabilidade de uma determinada configuração do sistema ocorrer em função do tempo. Utilizamos essa abordagem para estudar a cinética química de Michaelis-Menten com inibidor e o modelo infectológico Suscetível – Exposto – Assintomático – Infectado - Recuperado (SEAIR). Obtemos, em função do tempo, os comportamentos médios das substâncias envolvidas na cinética química para diferentes quantidades de substâncias, os resultados demonstram o aparecimento de rigidez (equações caracterizadas por seu comportamento varia rapidamente em diferentes escalas de tempo) para tempos curtos. Estudamos o comportamento da densidade de probabilidade do tempo de primeira formação do produto da reação. Apresentamos também, uma relação entre o tempo médio de formação do produto com a linearização de Lineweaver-Burk. As relações de incerteza termodinâmica (RIT) para processos estocásticos unidirecionais também foram analisadas no contexto da reação de Michaelis-Menten, onde foi possível estabelecer o limite inferior para a variância do tempo de formação do produto para cada tipo de inibição analisada. Para o modelo SEAIR, determinamos a dinâmica de contaminação em função do tempo para diferentes números de indivíduos. Estudamos a dinâmica para tempos longos do número de suscetíveis e observamos que existe a possibilidade de não contaminação de toda população suscetível para uma certa faixa de parâmetros. Avaliamos quantitativamente uma estratégia de contenção do contágio removendo apenas os indivíduos assintomático/infectado e comparamos sua eficácia com estratégias mais restritivas. |
Abstract: | Nature is full of phenomena that occur randomly, such as the spread of viruses and chemical reactions. The unpredictability of these phenomena implies incredible difficulty in describing them as a function of time. Therefore, searching for new mathematical tools that allow us to improve our understanding of them is fundamental. The formalism of Fock space has proved to be a handy tool in describing classical stochastic systems. In this approach, one can map the master equation as a Schrödinger equation and use the second quantization operators to describe the dynamics of small classical stochastic models. The solution to this equation describes the probability of a given system configuration occurring as a function of time. We used this approach to study the chemical kinetics of Michaelis-Menten with inhibitor and the Susceptible – Exposed – Asymptomatic – Infected – Recovered (SEAIR) infectious diseases model. As a function of time, we obtain the average behavior of the substances involved in the chemical kinetics for different amounts of substances. The results demonstrate the appearance of stiffness (equations characterized by their behavior changing rapidly in different time scales) for short times. We studied the behavior of the probability density at the time of the first formation of the reaction product. We also present a relationship between the average time of product formation and the Lineweaver-Burk linearization. The thermodynamic uncertainty relations (RIT) for unidirectional stochastic processes were also analyzed in the context of the Michaelis-Menten reaction, where it was possible to establish the lower limit for the variance of product formation time for each type of inhibition analyzed. For the SEAIR model, we determined the contamination dynamics as a function of time for different numbers of individuals. We studied the dynamics of the number of susceptibles over long periods and observed a possibility of non-contamination of the entire susceptible population. We quantitatively evaluated a contagion containment strategy removing only asymptomatic/infected individuals and compared its effectiveness with more restrictive strategies. |
Palavras-chave: | Espaço de Fock Cinética química com inibição Modelos infectológicos Fock space Chemical kinetics with inhibition Infectological models |
área CNPQ: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Agência de fomento: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
Idioma: | por |
Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Física |
Citação: | CARVALHO, Arthur Matheus de Souza. A abordagem do espaço de Fock para pequenos sistemas estocásticos : a cinética de Michaelis-Menten com inibidores e o modelo SEAIR. 2023. 113 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2023. |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/18245 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Física |
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