Aspectos fuera del equilibrio en la física del efecto Casimir

• Autores: Rubio López, Adrián Ezequiel
• Año de publicación: 2015
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Lombardo, Fernando César
• Materia: TEORIA DE CAMPOS FUERA DEL EQUILIBRIO; EFECTO CASIMIR; CUANTIZACION; SISTEMAS CUANTICOS ABIERTOS; NON EQUILIBRIUM QUANTUM FIELD THEORY; CASIMIR EFFECT; QUANTIZATION; OPEN QUANTUM SYSTEMS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El objetivo principal de esta Tesis está centrado en el estudio de las fluctuacionescuánticas de vacío y en particular del efecto Casimir para situaciones fuera del equilibrio. Para ello, en el presente trabajo se combinan, básicamente, dos métodos funcionalesde gran poder: por una parte, se utiliza el formalismo de integrales decamino temporal cerrado (ó CTP de sus siglas en inglés) para el estudio de la evolución temporal de valores medios cuánticos; mientras que por otro lado, se incorpora el formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon como herramienta fundamental para el tratamientode la dinámica de sistemas cuánticos abiertos. En una primera parte, se analizó una de las posibles formas de abordar el efecto Casimir en medios disipativos en un régimen estacionario y de equilibrio térmico, medianteun formalismo de cuantización canónica en el estado estacionario. En este punto, discutimos los posibles modelos físicos de permitividad de los medios materiales,conectando natural y necesariamente la teoría del movimiento Brownianocuántico al problema de la fuerza de Casimir con medios materiales reales. Luego, y como modelo más cercano al que representa el interés de la tesis, planteamosun problema de condiciones iniciales para un campo escalar en interaccióncon grados de libertad que representan a las principales propiedades de la materia. En este modelo,obtuvimos el régimen estacionario como el límite de tiempos largos, lo que nos llevóa una formulación conceptualmente correcta para la cuantización canónica en el límiteestacionario. Posteriormente, extendimos el enfoque al caso delcampo electromagnético. Logramos resolver las dificultades propias que impone uncampo de gauge de tipo vectorial al momento de cuantizar, y ganamos generalidad en los modelos de medios materiales al poder representar materiales anisótropos (birrefringencia). Finalmente, a partir del formalismo desarrollado y de los modelos planteados, estudiamos el caso del efecto Casimir en su situación más realista:consideramos un campo electromagnético en interaccióncon materia en un contexto fuera del equilibrio. Abordamos el problema de dos placas paralelas semi-infinitas (problema de Lifshitz) de forma completa, estudiando al mismo tiempo varios de sus aspectos termodinámicos. Obtuvimos fórmulas analíticas exactas, demostrando que el estado estacionario de dicho escenariopresenta dos contribuciones para la presión, una asociada a lascondiciones iniciales del campo y la otra asociada a los baños térmicos que actúan de entorno sobre el material de las placas. Al mismo tiempo, la transferencia decalor (estudiada a través del vector de Poynting) presenta sólo una de lascontribuciones, la asociada a los baños térmicos.
The main objective of this thesis is focused on the study of quantum vacuum fluctuations, particularly the Casimir effect for non-equilibrium situations. Therefore, in thiswork we basically combine two functional methods of great power: on one hand, theclosed time path formalism (CTP) to study the time evolution of the quantum expectation values; and, on the other hand, the Feynman-Vernon influence functional formalism as a fundamental tool for the treatment of open quantum systems dynamics. Firstly, we have analyzed one of the possible approaches to the Casimir effect indissipative media at a steady situation of thermal equilibrium by using a canonical quantization formalism at steady states. At this point, we discussed the possible physicalmodels of permittivity of the material, connecting naturally and necessarily the quantum Brownian motion theory to the problem of the Casimir force with real material boundaries. Then, as a closer model to represent the interest of the thesis, we propose an initial conditions problem for a scalar field interacting with degrees of freedom representing themain properties of matter. In this model, we obtained the steady state as the limit of longtimes, which led to a conceptually correct formulation for the canonical quantization in the stationary limit. Subsequently, we extended the approach to the case of the electromagneticfield. We were able to deal with the difficulties that impose a gauge vector-field at the momentof quantization, and we gain generality in the models represented with achieving the possibility of considering anisotropic material (birefringence). Finally, from the formalism developed and the proposed models, we studied the caseof the Casimir effect in the most realistic situation: we considered an electromagnetic fieldinteracting with matter in a nonequilibrium context. We address the problem of two semi-infinite parallel plates (Lifshitz problem) completely, also studying its thermodynamic aspects. We obtained exact analytical formulas, showing that the steady state of thisscenario presents two contributions to the pressure, one associated to the initial conditionsof the field and the other one associated with the thermal baths acting as environmentover the material of the plates. At the same time, heat transfer (studied through the Poynting vector) has only one contribution, the one associated to the thermal baths.
Fil: Rubio López, Adrián Ezequiel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.