Fricción cuántica : disipación inducida por las fluctuaciones de vacío - Farías, María Belén (2017)
En este trabajo estudiamos las manifestaciones macroscópicas de las fluctuacionescuánticas de vacío, en particular el efecto conocido como la fricción de Casimir, ofricción cuántica. Este fenómeno se produce cuando dos cuerpos son puestos en movimientorelativo (incluso a velocidad constante), y se observa una fuerza disipativaactuando en sentido contrario al movimiento. Este efecto, al igual que el caso másestudiado de la fuerza atractiva entre dos placas neutras conocido como Efecto Casimir,es el resultado de una interacción efectiva entre los dos cuerpos, mediada porel campo electromagnético uctuante, que está presente aun cuando los cuerpos soneléctricamente neutros y no están en contacto (por esta razón, a la fricción cuántica también se la denomina fricción sin contacto). A lo largo de esta tesis analizamos dichos efectos disipativos en distintos sistemas. En primer lugar consideramos el caso más simple en el que el campo de vacío es uncampo escalar no masivo y luego extendemos nuestros cálculos al caso más realista enel que el campo de vacío es un campo de Maxwell no masivo. En cuanto a la geometría del sistema, consideramos el caso de dos placas semi-infinitas, dos placas de espesorinfinitesimal (en ambos casos con velocidad relativa paralela a los planos), y un átomofrente a una placa dieléctrica moviéndose paralelo a la misma. Muchos de nuestrosresultados están expresados en función de las características del material que conformalas placas (o el átomo), por ejemplo su permitividad eléctrica є. Estudiamos con detallealgunos modelos específicos: el caso de un modelo microscópico en el que el materialestá descripto por un contínuo de osciladores armónicos desacoplados de frecuenciafija, y el caso de dos placas de materiales de Dirac bidimensionales (materiales cuyasexcitaciones de baja energía se comportan como fermiones de Dirac), particularmente el grafeno. Desarrollamos un formalismo funcional para la descripción de la fricción cuántica,donde nuestro principal objeto de estudio es la acción efectiva in-out, cuya parte imaginariada cuenta de los efectos disipativos del sistema. Calculamos la parte imaginariade la acción efectiva in-out y encontramos que es no nula en un rango no despreciablede velocidades, encontrando la existencia de un umbral que depende de las magnitudescaracterísticas del sistema, a partir del cual comienza a haber disipación. Para elcaso de las dos placas conformadas por osciladores armónicos desacoplados, calculamosademás la acción efectiva CTP (Closed Time Path) o in-in, la que nos permiteobtener explícitamente el cuadritensor energía-momento y por lo tanto la fuerza defricción. En el caso de la partícula frente al plano, estudiamos además la decoherencia del grado de libertad interno de la partícula, encontrando que la presencia de laplaca y el movimiento relativo aumenta los efectos de decoherencia propios del vacío,volviéndolos potenicalmente detectables experimentalmente. Paralelamente, estudiamos el problema de un átomo ubicado frente a una placadieléctrica semi-infinita, moviéndose con velocidad constante pero en una dirección arbitraria (acercándose al plano y con una componente paralela al mismo). Con lasherramientas de la teoría de perturbaciones dependientes del tiempo de la mecánicacuántica, calculamos la fuerza de fricción actuante sobre el átomo.