Sistemas cuánticos bajo la influencia de condiciones externas : fluctuaciones y decoherencia

• Autores: Villar, Paula Inés
• Año de publicación: 2007
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Lombardo, Fernando César
• Materia: MOVIMIENTO BRONNIANO CUANTICO; TEORIA DE LA DECOHERENCIA; FLUCTUACIONES CUANTICAS; EFECTO TUNEL; FASES GEOMETRICAS; QUANTUM BRONNIAN MOTION; DECOHERENCE THEORY; QUANTUM FLUCTUATIONS; TUNEL EFFECT; GEOMETRIC PHASES
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Un tema de mucho interés en numerosas ramas de la Física es el estudio del mecanismo por el cual ocurre la transición cuántico-clásica. Este es un tema largamente debatido en la historia de la mecánica clásica. Actualmente, una explicación razonable es que los sistemas macroscópicos se comportan clásicamente debido a su interacción con el entorno. Son sistemas cuánticos abiertos que interactúan con otros sistemas (o partes de ellos). Esa interacción produce en el sistema en estudio o relevante, efectos disipativos y/o más sofisticados como ser la aparición de una base privilegiada (entre los numerosos estados en su espacio de Hilbert) en la que el sistema presentará aspectos clásicos (base de punteros). En esta Tesis estudiaremos el proceso de pérdida de coherencia, entrelazamiento y excitación energética inducida en los sistemas originalmente cuánticos debido a la presencia de un entorno. En primer lugar, nos dedicaremos a analizar las fluctuaciones de vacío del entorno como fuente del proceso de pérdida de coherencia (o bien, decoherencia). El acoplamiento de un sistema cuántico a un entorno generalmente produce fluctuaciones de la energía de la partícula de prueba a una temperatura cero. Luego, extenderemos este análisis analítico y numérico a entornos más generales a temperatura estrictamente cero y en el límite de alta temperatura. Finalmente, mostraremos que una vez que el subsistema en cuestión perdió coherencia y se “hizo clásico”, tiene chances de excitarse energéticamente, aún en presencia de un entorno cuántico a temperatura cero. Por otro lado, estudiaremos el proceso de decoherencia en sistemas compuestos y en el caso de partículas cargadas en campos electromagnéticos. En ese contexto, aplicaremos nuestras estimaciones anal´ıticas a experimentos de interferencia y pondremos condiciones para la medición de la fase geométrica en el caso de estados mixtos que evolucionan de manera no unitaria. Finalmente, estudiaremos la pérdida de coherencia en teoría de campos durante transiciones de fase. En ese contexto, utilizaremos el método de la funcional de decoherencia, sin la necesidad de pasar por la ecuación maestra. Estudiamos configuraciones de campo que difieren entre sí en su amplitud, pero tienen igual distribución espacial, así como también historias de campo con diferente localización en el espacio.
Macroscopic quantum states are never isolated from their environments. They are not closed quantum systems, and therefore they cannot behave according to the unitary quantum mechanical rules. Consequently, these so often called classical systems suffer a loss of quantum coherence that is absorbed by the environment. This decoherence destroys quantum interferences. For our everyday world, the time scale at which the quantum interferences are destroyed is so small that, in the end, the observer is able to perceive only one outcome. As far as we see, decoherence is the main process behind the quantum to classical transition. Formally, it is the dynamic suppression of the interference terms induced on subsystems due to the interaction with an environment. Therefore, in this Thesis, we shall analyze the effects that general environments, namely ohmic and non-ohmic, at zero and high temperature induce over a quantum Brownian particle. We state that the evolution of the system can be summarized in terms of two main environmental induced physical phenomena: decoherence and energy activation. In this Thesis, we shall show that the latter is a post-decoherence phenomenon. As the energy is an observable, the excitation process can be consider a direct indicator of the system environment entanglement particularly useful at zero temperature. From other point of view, we shall study different attempts to show the decoherence process in double-slit-like experiments both for charged particles (electrons) and for neutral particles with permanent dipole moments. Interference will be studied when electrons or atomic systems are coupled to classical or quantum electromagnetic fields. In this context, we shall show that the interaction between the particles and time-dependent fields induces a time-varying Aharonov phase. In this context, we shall apply our results to a real matter wave interferometry experiment. We shall also show under which general conditions the geometry phase of a quantum open system can be observed. Finally, we shall study the decoherence process during a quantum phase transition. In this framework, we shall show that it can be phrased easily in terms of the decoherence functional, without having to use the master equation. To demonstrate this, we shall consider the decohering effects due to the displacement of domain boundaries, with implications for the displacement of defects, in general. We shall see that decoherence arises so quickly in this event, that it is negligible in comparison to decoherence due to field fluctuations in the way defined in previous papers.
Fil: Villar, Paula Inés. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.