Csapdába zárt Bose részecskék kondenzációját vizsgáltam kölcsönhatás jelenlétében. Megmutattam, hogy viszonylag gyenge, de realisztikus külcsönhatás mellett a szabad gáz alapállapota minden hőmérsékleten makroszkopikusan betöltött. Valamivel erősebb kölcsönhatásra valamivel gyengébb eredményt - 100 %-os általánosított kondenzációt -bizonyítottam egydimenziós Bose gázban. Korrelációs egyenlőtlenségeket vezettem le a betöltési számokra szabad Bose rendszerekben. Bizonyítást adtam arra, hogy homogén Bose rendszerben a mértékinvariancia spontán sérülése ekvivalens a Bose kondenzációval. Kristályos alapállapot létezését igazoltam klasszikus részecskék rendszerében a párkölcsönhatások egy osztályára. Egydimenziós diszkrét Schrödinger operátorok egy osztályára társszerzőimmel alsó becslést adtunk egy hullámcsomag szétterülési sebességére. Oszlányi Gáborral kidolgoztunk egy ab initio eljárást röntgendiffrakciós mérési adatokból kiinduló szerkezetmeghatározásra. | Condensation of trapped bosons in the presence of interaction was studied. It was shown that for weak but realistic interactions the ground state of the free Bose gas is still macroscopically occupied at any temperature. Somewhat stronger interactions were shown to lead, in one dimension, to a somewhat weaker result: a 100 % generalized condensation. Correlation inequalities for occupation numbers in free Bose gases were derived. In homogenous Bose systems Bose condensation was proven to be equivalent to the spontaneous breakdown of the gauge symmetry. Existence of crystalline ground states was shown for a class of classical pair interactions. In a collaboration, for a family of one dimensional discrete Schrödinger operators a lower bound was derived for the decay rate of a wave packet. With Gábor Oszlányi, we elaborated an ab initio method for structure solution, starting with X-ray diffraction data.
Csapdába zárt Bose részecskék kondenzációját vizsgáltam kölcsönhatás jelenlétében. Megmutattam, hogy viszonylag gyenge, de realisztikus külcsönhatás mellett a szabad gáz alapállapota minden hőmérsékleten makroszkopikusan betöltött. Valamivel erősebb kölcsönhatásra valamivel gyengébb eredményt - 100 %-os általánosított kondenzációt -bizonyítottam egydimenziós Bose gázban. Korrelációs egyenlőtlenségeket vezettem le a betöltési számokra szabad Bose rendszerekben. Bizonyítást adtam arra, hogy homogén Bose rendszerben a mértékinvariancia spontán sérülése ekvivalens a Bose kondenzációval. Kristályos alapállapot létezését igazoltam klasszikus részecskék rendszerében a párkölcsönhatások egy osztályára. Egydimenziós diszkrét Schrödinger operátorok egy osztályára társszerzőimmel alsó becslést adtunk egy hullámcsomag szétterülési sebességére. Oszlányi Gáborral kidolgoztunk egy ab initio eljárást röntgendiffrakciós mérési adatokból kiinduló szerkezetmeghatározásra. | Condensation of trapped bosons in the presence of interaction was studied. It was shown that for weak but realistic interactions the ground state of the free Bose gas is still macroscopically occupied at any temperature. Somewhat stronger interactions were shown to lead, in one dimension, to a somewhat weaker result: a 100 % generalized condensation. Correlation inequalities for occupation numbers in free Bose gases were derived. In homogenous Bose systems Bose condensation was proven to be equivalent to the spontaneous breakdown of the gauge symmetry. Existence of crystalline ground states was shown for a class of classical pair interactions. In a collaboration, for a family of one dimensional discrete Schrödinger operators a lower bound was derived for the decay rate of a wave packet. With Gábor Oszlányi, we elaborated an ab initio method for structure solution, starting with X-ray diffraction data.
A pályázat célja szimmetriasértő fázisok kialakulásának és tulajdonságainak elméleti vizsgálata volt. Fontos területek voltak az alábbiak. Erősen kölcsönható anyag fázisdiagramjának meghatározása effektív mezon-kvark modellekből felösszegzett perturbációszámítással. A kozmológiai inflációt lezáró egyensúlytól távoli folyamatok dinamikája. Univerzalitási osztályok és skálatörvények egyensúlytól távoli rendszerek kritikus jelenségeinél. Spinor Bose-gázok mágneses tulajdonságai, különböző mágneses fázisok, és ezekben a kvázirészek dinamikája. Szuperfolyékony Fermi-gázok univerzális tulajdonságai a Feshbach-rezonancián. Bose-kondenzáció dinamikája és kontrollparaméter függése üregrezonátorba helyezett gázban. Matematikai fizikai vizsgálatok a Bose-Einstein-kondenzációval és a kristályszerkezet kialakulásával kapcsolatban. | The aim of the research has been the theoretical investigation of the development and properties of symmetry breaking phases. Important fields of the study have been as follows. Determination of the phase diagram of strongly interacting matter from effective meson-quark models with resummation of perturbative series. Investigation of the far from equilibrium dynamical processes characterizing the exit of the universe from the stage of cosmological inflation. Universality classes and scaling laws describing critical phenomena in systems far from equilibrium. Magnetic features of spinor Bose gases, specification of different magnetic phases and the calculation of quasiparticle dynamics in them. Universal properties of inhomogeneous Fermi gases at the Feshbach resonance. The dynamics and control parameter dependence of a Bose-Einstein condensate in an optical cavity. Investigation of the properties of Bose-Einstein condensation and of its competition with crystallization by the methods of mathemetical physics.
Csapdázott Fermi-gázok egy nyílt héj modelljében algebrai és numerikus módszerrel határoztuk meg az alapállapot szerkezetét. Azt találtuk, hogy az alapállapot s-spinű fermionok esetén (2s+1) részecskéből álló fürtök (klaszterek) együttesével írható le, ha a részecskeszám (2s+1) többszöröse. Zérus hőmérsékletű csapdázott atomokra vizsgáltuk a részecskék kollektív gerjesztéseinek spektrumát a hidrodinamikai közelítésben. Numerikus eljárást adtunk tetszőleges kollektív gerjesztés meghatározására, amennyiben a gáz állapotegyenlete valamilyen mikroszkopikus modellből ismert. A módszerrel a hidrodinamikai közelítés módusai numerikusan egzaktul számolhatók. Meghatároztuk a csapdázott szuperfolyékony gáz kollektív gerjesztéseinek spektrumát a BCS határesettől a BEC határesetig a Feshbach-rezonancia tartományán is keresztülhaladva a lokális sűrűség modell alapján. Csapdázott, feles spinű rendszerek esetén a szuperfolyékony rendszer lokális sűrűség közelítését továbbfejlesztettük a sűrűség deriváltjait tartalmazó tagok kiszámításával és a bővített egyenletek megoldásával. A fellépő teljes elliptikus integrálok kezelésére kidolgozott analitikus és numerikus módszereink segített a Rashba-billiárdok állapotsűrűségének és szintstatisztikájának a vizsgálatában. | In the one open-shell model for fermions we have calculated both analytically and numerically the structure of the ground state. If s denotes the spin of the fermions we have found that the ground state consists of clusters of (2s+1) particles at particles numbers of integer multiples of (2s+1). At zero temperature we have investigated the spectra of collective excitations using hydrodynamical approach to the problem. We gave a numerical method for determining arbitrary excitations, provided the equation of state of the atom-gas in question is known from some microscopic model. By the method the modes in the hydrodynamical approach can be calculated in a numerically exact way. We have calculated the collective excitations of a trapped superfluid Fermi gas in the BCS-BEC transition through the Feshbach resonance using the mean-field BCS model. We have improved the local density approximation for trapped fermions with spin one-half by including the gradient corrections in the self-consistent equations for the gap and the density. The method how we have treated the complete elliptic integrals in the previous problem helped us to calculate the density of states up to third order corrections and unfold the spectra for the nearest neighbor level-spacing distribution of Rashba-billiards.
Alacsony dimenziós, erősen korrelált elektronrendszereket vizsgáltunk analitikusan, a renormálásicsoport-módszer és a Bethe-hipotézis alkalmazásával, illetve numerikusan, a sűrűségmátrixos renormálásicsoport-algoritmus (DMRG) segítségével. Rámutattunk arra, hogy a fázisátalakulás helyének meghatározására igen alkalmas a kvantuminformációs entrópia. Az átalakulási pontban ugrás vagy extrémum jelenik meg a két szomszédos rácsponthoz tartozó entrópiában. Véges szakaszok entrópiájának hosszfüggéséből pedig a kialakuló fázis lágy módusainak helye vagy az inhomogén fázis térbeli periodicitása határozható meg. A donor-akceptor típusú töltésátviteli sók semleges-ionos átalakulását vizsgálva megmutattuk, hogy az vagy elsőrendű, vagy két lépésben történik, egy dimerizált fázis közbeiktatásával. A Hubbard-modell SU(n) szimmetriát mutató általánosítását vizsgálva megmutattuk, hogy 1/n-ig töltött sáv esetén a viselkedés pontosan olyan, mint a félig töltött Hubbard modellben n=2 esetén, míg n>2 esetén a félig töltött sávú modellben már összecsatolódnak a töltés és spin szabadsági fokok, minden gerjesztési ág tilos sávval indul, s ezért az alapállapot dimerizálódik. Általánosabb betöltöttségnél Luttinger-folyadék jellegű viselkedést tapasztalunk. Ilyen láncokat összecsatolva megmutattuk, hogy bár a csatolások alkalmas megválasztása esetén találhatunk Luttinger-folyadék jellegű viselkedést, SU(n) szimmetriát mutató Hubbard-láncok összecsatolása esetén ez nem fordulhat elő. | We have studied the properties of low-dimensional strongly correlated systems analytically, using the renormalization group approach and the Bethe hypothesis as well as numerically with the density-matrix renormalization-group algorithm. We have shown that the quantum information entropy is a good quantity to study when the location of a quantum critical point or the properties of the phases have to be determined. The entropy of neighboring sites exhibits a jump or discontinuity at the transition, while oscillations in the length dependence of the entropy of finite segments indicate soft modes or the inhomogeneity of the phase. We have constructed a general model to describe the neutral-ionic transition in charge-transfer salts, and pointed out that the transition is either of first order or takes place in two steps, with an intermediate dimerized phase. We have studied the metal-insulator transition in the SU(n) symmetric generalization of the Hubbard model. We have shown that this system behaves similarly to the half-filled usual Hubbard chain if the band is 1/n-filled. The half-filled models behave differently, they are dimerized for n>2 due to the coupling of the charge and spin modes, which all become gapped. For generic fillings, Luttinger liquid behavior is found. When such chains are coupled together, Luttinger liquid behavior is still possible for appropriate choices of the couplings, but such a state cannot exist if the chains are Hubbard like.
In dieser Dissertation werden das Anregungsspektrum und das Phasendiagramm wechselwirkender Fermi- und Bosegase untersucht. Zu diesem Zweck wird eine neuartige renormierte Kadanoff-Martin-Näherung vorgestellt, die Selbstwechselwirkung von Teilchen vermeidet und somit eine einheitliche Beschreibung sowohl der normalen als auch der kondensierten Phase ermöglicht. Für Fermionen findet man den BCS-Zustand, benannt nach Bardeen, Cooper und Schrieffer, welcher entscheidend ist für das Phänomen der Supraleitung. Charakteristisch für diesen Zustand ist eine Energielücke im Anregungsspektrum an der Fermi-Energie. Weiterhin tritt für Bosonen eine Bose-Einstein-Kondensation (BEC) auf, bei der das Anregungsspektrum für kleine Impulse linear ist. Letzteres führt zum Phänomen der Suprafluidität. Über die bereits bekannten Phänomene hinaus findet man eine dem BCS-Zustand ähnliche Kondensation von Zweiteilchenbindungszuständen, sowohl für Fermionen als auch für Bosonen. Für Fermionen tritt ein Übergang zwischen der Kondensation von Bindungszuständen und dem BCS-Zustand auf, der sogenannte BEC-BCS-Übergang. Die Untersuchung der Zustandsgleichung zeigt, dass im Gegensatz zu Fermi-Gasen und Bose-Gasen mit abstoßender Wechselwirkung Bose-Gase mit anziehender Wechselwirkung zu einer Flüssigkeit kondensieren oder sich verfestigen, bevor es zur Kondensation von Bindungszuständen oder zur Bose-Einstein-Kondensation kommt. Daher können diese Phänomene voraussichtlich nicht in der Gasphase beobachtet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das vorgestellte Näherungsverfahren sehr gut geeignet ist, die erwähnten Phänomene im Zusammenhang mit der Bose-Einstein-Kondensation zu beschreiben.
1. 2d integrálható modellek Termodinamikai Bethe ansatz és integrálegyenlet technikával véges méret spektrumot határoztunk meg. O(N)-modellek kontinuum limesz konstrukciójában megadtuk a rácskorrekciók eltűnésének rácsállandó-függését. O(3)-modellbeli ''hadronikus'' struktúra-függvényre kis Bjorken-x-re egzakt alakot vezettünk le. 2 Szimmetriastruktúrák és Calogero modellek Megadtuk a WZNW-modellek Poisson-Lie szimmetriáit generáló momentum-leképzést, a dinamikai Yang-Baxter egyenlet általánositását, a Calogero modell inekvivalens kvantálásait. Megmutattuk, hogy dinamikai r-mátrix konstrukciói spin Calogero modelleknek Lie csoporton való szabad mozgás hamiltoni redukciói. Negativ görbületű Riemann szimmetrikus téren szabad mozgás hamiltoni redukciója spin Calogero modellre vezet. 3.Spinláncok és rácselméletek Megmutattuk, hogy az XX-láncnál az energiáram, Heisenberg-láncnál a csatolások kváziperiodikus perturbációja az összefonódottságot növeli, s hogy kvantumspinláncok eltolásinvariáns állapotaira vonatkozó nulla entrópia-sűrűség sejtés éles. MC szimulációval azt találtuk, hogy a 4d Ising modell kontinuum limesze triviális, de a konvergencia nagyon lassú. 4.Kvantumgrupoidok 2-es mélységű algebrabővitéseket jellemeztünk bialgebroidokkal, melyek balanszirozott esetben a Galois-csoport analógjai. Bevezettük a Hopf algebroidok fogalmát, tanulmányoztuk szerepüket hasadt algebra-bővitésekben, Hopf-Galois kiterjesztésekben és nem-kommutativ geometrában. | 1. 2d integrable models Finite volume spectra are given using thermal Bethe ansatz and integral equations. The decay form of lattice artifacts is established in the continuum limit construction of O(N)-models. The exact small (Bjorken) x behaviour of the 'hadronic' structure function in the O(3)-model was derived. 2.Symmetry structures and Calogero models The momentum map, the generator of Poisson-Lie symmetries in WZNW models was given, the dynamical Yang-Baxter equation was generalized. Inequivalent quantizations of Calogero model were given. Dynamical r-matrix construction of spin Calogero model is shown to be the Hamiltonian reduction of free motion on a Lie group. Hamiltonian reduction of free motion on a symmetric Riemann space with negative curvature leads to spin Calogero models. 3.Spin chains and lattice theories The energy current in the XX model and the aperiodic perturbation of couplings in the Heisenberg chain increase the entanglement entropy. The zero-entropy-density conjecture is sharp for translation-invariant states of spin chains. The continuum limit of the 4d Ising model is found to be trivial by MC methods but the convergence is very slow. 4. Quantum groupoids Depth 2 algebra extensions were characterized by bialgebroids, the analogues of Galois groups in the balanced case. The notion of Hopf algebroids was introduced. Their role was determined in cleft algebra extensions, in Hopf-Galois extensions, in non-commutative geometry.
A pályázat keretében nagy szabadsági fokú fizikai rendszerek kooperatív viselkedését vizsgáltuk rendezetlenség jelenlétében. A szingularitásokat (fázisátalakulások, Griffiths effektusok) kísérő jelenségeket tanulmányoztuk és egyensúlyi és egyensúlytól távoli folyamatokat is vizsgáltunk. A rendezetlen kvantum rendszerek esetén korábbi kutatásainkat folytatva az un. erős rendezetlenségi renormálási csoport alkalmazásával különböző egy- és kétdimenziós rendszerek fázisdiagramját és alacsony energiás gerjesztéseit vizsgáltuk. Emellett új eredményeket értünk el a kvantumállapotok összefonódását mérő Neumann-féle entrópia meghatározásánál is. Az egyensúlytól távoli rendszereknél részint az öregedés jelenségével foglalkoztunk a kritikus nemegyensúlyi relaxáció során, részint hajtott rácsgáz modelleket rendezetlenség jelenlétében vizsgáltunk. Végül, a rendezetlenség dominálta klasszikus rendszereknél fázisátalakulásokat és az azokat kísérő geometriai objektumok (klaszterek, fürtök) tulajdonságait vizsgáltuk. A projekt keretében elért eredményeket 29 idegennyelvű szakcikkben közöltük, melyek összesített impakt faktora több mint 90 és melyekre ezidáig több mint 130 független hivatkozás érkezett. A pályázat futamideje alatt egy sikeres PhD védés történt és további két PhD disszertáció védésre be van nyújtva. | Within the project the cooperative behavior of physical systems with large degree of freedom is studied in the presence of disorder. We have determined the properties of singularities (phase transitions, Griffiths effects) and studied both equilibrium and nonequilibrium processes. For disordered quantum systems we have continued our studies on the use of the strong disorder renormalization group method to obtain the phase diagram and low energy excitations of different one- and two-dimensional systems. We have also obtained new results about entanglement of quantum systems and the related von Neumann entropy. For nonequilibrium systems we have studied ageing during nonequilibrium critical relaxation, as well as driven lattice gas systems in the presence of disorder. Finally, in the third field of disorder dominated classical systems we have studied phase transitions and the related geometrical problems of clusters. Our results obtained during this project have been published in 29 papers in international journals and for these we have already obtained more than 130 citations. During the project 1 PhD dissertation has been succesfully defended and two others are submitted for defence.