N1-0055 Termalizacija v neravnovesnih kvantnih sistemih

FMF - logo
ARRS logo

Raziskovalni projekt (so)financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS.

Članica UL: Fakulteta za matematiko in fiziko
Šifra projekta:  N1-0055
Naziv projekta:  Termalizacija v neravnovesnih kvantnih sistemih
Obdobje: 1.6.2016 - 31.5.2019   
Letni obseg: 0,68 FTE,  cenovna kategorija: A
Vodja: Tomaž Prosen
Veda: Naravoslovje
Sodelujoče RO: sodelujoče RO
Sestava projektne skupine: link na SICRIS
Bibliografske reference: link na SICRIS

Vsebinski opis projekta :

Izjemen nedavni tehnološki napredek v eksperimentalnih metodah - posebno na t.i. področju ultrahladnih atomov - je omogočil neposredno opazovanje dinamike (skoraj) izoliranih interagirajočih kvantnih sistemov izven ravnovesja. To omogoča eksperimentalen študij in analizo fundamentalnih problemov kvantne statistične mehanike, kot so, na primer, termalizacija (t.j. relaksacija k ravnovesju) ter pogoji in mehanizmi zanjo, produkcija entropije, efekti integrabilnosti in zloma integrabilnosti, struktura stacionarnih stanj s tokom in detajlna analiza obnašanja gnanih (ne-avtonomnih) kvantnih sistemov.

V predlaganem projektu načrtujemo teoretično raziskovanje vseh zgoraj naštetih problemov in razvoj potrebnih novih teoretičnih metod. Implementacija bo bazirala na komplementarni ekspertizi madžarskih in slovenskih partnerjev na projektu ter  intenzivnemu sodelovanju vklučujoč doktorske in magistrske študente na obeh straneh.

Metode, ki jih nameravamo razvijati (semi-klasična teorija mnogodelčnih sistemov, ne-Abelski TEBD (časovni razvoj z bločno decimacijo), DMRG (renormalizacijska grupa gostotnega operatorja) v Liouvillovem prostoru) bomo primerjali med seboj ter z analitičnimi pristopi. Uporabili jih bomo na modelih interagirajočih mnogodelčnih sistemov, ki so neposredno eksperimentalno izvedljivi v svetu ultrahladnih atomov.

Fundamentalna vprašanja, ki jih bomo študirali so:

  • Ali različni sistemi termalizirajo in pod kakšnimi preciznimi pogoji? Kako poteka relaksacija k termalnemu stanju kaj določa relaksacijske čase?
  • Kakšna je vloga različnih ohranjenih količin oziroma ohranitvenih zakonov (lokalnih, kvazi-lokalnih, nelokalnih) v tem procesu?
  • Kako se formirajo netermalna stacionarna stanja, npr. takšna, ki imajo neničelne tokove? Kakšna so  dinamične lastnosti teh stanj, npr. ko sistem prepustimo samemu sebi, in kako so povezane s fiziko sistemov pod vplivom zunanjih sil?
  • Razumeti vlogo integrabilnosti in šibkega zloma integrabilnosti v procesu termalizacije?
  • Novi dinamični pojavi, ki jih opazujemo tekom termalizacije (npr. t.i. pretermalizacija ali kaskada vmesnih kvazistacionarnih stanj)

Naša kolaboracija bo razvijala nove metode za precizne študije gornjih vprašanj ter aplikacije na zanimivih in fizikalno relevantnih modelih močno koreliranih sistemov, kot so npr.:

  • Bosejevi plini z močno interakcijo
  • kvantne spinske verige
  • kvantne teorije polja, ki opisujejo univerzalno obnašanje modelov kondenzirane snovi na velikih razdaljah (npr. ogljikovih nanocevk, organskih makromolekul, superprevodnih kvantnih žic)

Končen cilj je opisati in razumeti eksperimentalno opazljive pojave.