En este trabajo consideramos una partícula cuántica acoplada linealmente a un entorno compuesto por un conjunto continuo de osciladores armónicos. Resolvemos este problema por medio de una diagonalización exacta del Hamiltoniano, utilizando un método de prolongación analítica para el problema de autovalores. Obtenemos la ecuación maestra para el operador densidad reducido y estudiamos el proceso de pérdida de coherencia, en relación con la transición del período cuántico al período clásico para sistemas abiertos. El aporte esencial de este trabajo está dado por la simplicidad de cálculo que se deriva de la resolución exacta de la ecuación de autovalores. El comportamiento disipativo del sistema es evidenciado por la aparición de autovectores generalizados correspondientes a autovalores complejos del operador hamiltoniano, en el marco de la mecánica cuántica con espacios de Hilbert equipados
En este trabajo consideramos una partícula cuántica acoplada linealmente a un entorno compuesto por un conjunto continuo de osciladores armónicos. Resolvemos este problema por medio de una diagonalización exacta del Hamiltoniano, utilizando un método de prolongación analítica para el problema de autovalores. Obtenemos la ecuación maestra para el operador densidad reducido y estudiamos el proceso de pérdida de coherencia, en relación con la transición del período cuántico al período clásico para sistemas abiertos. El aporte esencial de este trabajo está dado por la simplicidad de cálculo que se deriva de la resolución exacta de la ecuación de autovalores. El comportamiento disipativo del sistema es evidenciado por la aparición de autovectores generalizados correspondientes a autovalores complejos del operador hamiltoniano, en el marco de la mecánica cuántica con espacios de Hilbert equipados
En esta tesis discutimos el problema de la disipación y la evolución al equilibrio enel movimiento Browniano cuántico en el marco del formalismo de la segunda cuantización. Consideramos un modelo cuyo Hamiltoniano es bilineal en los operadores decreación y aniquilación, que puede reinterpretarse como el correspondiente a un conjuntode osciladores acoplados. Derivamos una ecuación exacta, completamente equivalente alas ecuaciones de Heisenberg, para los valores medios de los operadores número de ocupación,que tiene el aspecto de una ecuación maestra. En general, los coeficientes de dichaecuación no son simétricos y dependen del tiempo, pero pueden ser interpretados como lasprobabilidades de transición por unidad de tiempo en la aproximación de segundo ordenen la constante de acoplamiento. Los gráficos correspondientes a una solución numéricaexacta permiten visualizar el rango de validez de dicha aproximación. Identificando unode los osciladores como la partícula Browniana, lo que luego cobrará sentido medianteuna elección adecuada de los parámetros del modelo, obtenemos una ecuación exacta,completamente equivalente a la ecuación de Heisenberg, para el operador posición. Dichaecuación tiene la forma de la ecuación de Langevin pero nuevamente sus coeficientes dependenexplícitamente del tiempo. Sin embargo, los mismos pueden identificarse con lafrecuencia renormalizada y el factor de amortiguamiento luego de efectuada la aproximaciónde segundo orden. Para el caso particular en el que los osciladores que componenel reservorio no interactúan entre sí, resolvemos exactamente el modelo para un tipo deacoplamiento conocido como aproximación de onda rotante, diagonalizando el Hamiltonianoen el sector de un cuanto. Estudiamos primero el caso de un baño finito, que luegollevamos a un conjunto denso efecutando el límite continuo del modelo discreto. Parael modelo finito obtenemos un comportamiento “prácticamente” irreversible como consecuenciade las escalas temporales involucradas, en las cuales se manifiestan la presenciade fluctuaciones, el proceso de relajación y los períodos de recurrencia. En el caso continuoestablecemos una relación entre el comportamiento termodinámico del conjunto deosciladores y la teoría del estado cuántico inestable. Relacionamos los efectos de bajastemperaturas para la población media del oscilador Browniano con el apartamiento de laley de decaimiento puramente exponencial para largos tiempos (efecto Khalfin). Finalmentemostramos como un comportamiento de tipo estocástico puede ser asociado con laevolución asintótica del sistema, analizando las funciones de autocorrelación y obteniendola relación de fluctuación-disipación.
En este trabajo se estudia la posibilidad de una descripción mecanoautomática de estados asociados con autovalores complejos del operador Hamiltoniano. Utilizando la teoría cuántica de espacios de Hilbert equipados, proponemos una precisa formulación matemática para el problema del decaimiento de una partícula inestable. Comparamos y discutimos brevemente nuestros resultados con los obtenidos por otros métodos. En particular, para el modelo de Friedrichs, obtenemos el marco adecuado para interpretar algunos de los resultados obtenidos por la escuela de Bruselas (Prigogine y colaboradores) en el caso de la termodinámica de los procesos irreversibles.
Resumen.En estas notas se exponen con detalle y de manera autocontenida las herramientas básicas de la teoría de los espacios de Hilbert complejos de dimensión infinita, que son necesarias para un primer estudio, matemáticamente riguroso, de la mecánica cuántica.En la última parte incluimos una introducción axiomática a la mecánica cuántica y una breve exposición del modelo del oscilador armónico y de la teoría de estados cuánticos Gaussianos. IntroducciónLa mecánica cuántica es la rama de la física que estudia los fenómenos físicos que ocurren en escalas de longitudes muy pequeñas.El calificativo "cuántico" surge de, en contraste con la mecánica clásica, considerar algunas cantidades que toman solamente valores discretos i.e., en "paquetes" o quantum-quanta en latín.Aún cuando hay muchas nociones de la mecánica cuántica que aún suscitan controversia, esta teoría se aplica exitosamente para describir el comportamiento de sistema físicos y sus predicciones son consistentes con los experimentos.Los sistemas físicos que estudia la mecánica cuántica, exhiben propiedades ondulatorias que se pueden describir mediante una ecuación de onda, por ejemplo, la bien conocida "ecuación de Schrödinger", que describe la evolución temporal de una partícula subatómica con masa, en el contexto no relativista.En estas notas trabajamos con el formalismo de matrices de densidad, que permite describir estados que son mezclas de estados puros.En consecuencia, este enfoque resulta ser una herramienta poderosa para describir sistemas cuánticos más generales, por ejemplo, acoplamientos (ensambles) de muchos sistemas cuánticos idénticos.El material que se presenta en este trabajo está dividido en cuatro secciones compuestas de la siguiente manera: la sección 1 contiene una selección de resultados de índole geométrico y analítico de la teoría de espacios de Hilbert: ortogonalidad y descomposición ortogonal, convexidad, operadores lineales, norma de operadores y funcionales lineales.La sección 2 se concentra en la clase de los operadores compactos, particularmente en los operadores de la clase de traza y de manera especial, en los operadores de Hilbert-Schmidt.Es relevante mencionar que los estados cuánticos se representan mediante operadores positivos de traza uno.La sección 3 se dedica al estudio de operadores no acotados que pueden no estar densamente definidos en un espacio de Hilbert.Abordamos también el estudio de operadores cerrados y cerrables, el adjunto de un operador y una introducción a la teoría espectral de operadores.Una parte esencial de esta sección son los operadores simétricos e isométricos, los cuales exhiben similitudes en sus propiedades geométricas y espectrales.Cabe señalar que las observables físicas se representan por operadores simétricos típicamente no acotados.Por último, en la sección 4 se discuten brevemente postulados de la mecánica cuántica en el marco del formalismo de matrices de densidad, se revisa el modelo del oscilador armónico cuántico y se ofrece una introducción a los estados cuánticos Gaussianos.Al final de cada sección incluimos una selección de problemas que sirven para complementar estas notas.El lector interesado puede profundizar en el estudio de resultados aquí expuestos, desde los más básicos hasta los más avanzados, en la literatura clásica de operadores lineales, por ejemplo en [1,2,3,4,13,20].
En el presente trabajo se estudia el problema de una partícula en un pozo de potencial cuadrado finito. Los autovalores correspondientes al hamiltoniano del problema anterior se encuentran por medio de un método que combina el teorema de inversión de Lagrange con una relación de recurrencia para calcular derivadas de orden superior de una función inversa. La metodología utilizada nos permitió obtener una solución en serie de potencias para el potencial de pozo cuadrado finito que dependen del número cuántico principal y de la fuerza de atracción. Por otro lado, nuestros resultados reproducen, como casos particulares, expresiones generales de los autovalores para una partícula ubicada en el fondo del pozo, en la mitad del pozo y en el tope del pozo de potencial. Las energías calculadas se comparan con las soluciones exactas de la ecuación trascendental para el pozo finito.
En esta Tesis estudiamos el proceso de transición cuántico-clásica en teoría de campos. Extendiendoel formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon, estudiamos el procesode pérdida de coherencia para campos autointeractuantes en espacios planos y para modelos degravedad cuántica. En primer lugar, después de destacar los principales resultados para una partícula Brownianacuántica acoplada a un entorno de osciladores armónicos, consideramos una teoría de campos conautointeracción en el espacio de Minkowski. Calculamos una acción efectiva de granulado gruesointegrando los modos del campos cuyas longitudes de onda sean menores que cierta longitud crítica. A partir de esta acción efectiva obtenemos la ecuación de evolución para la matriz densidadreducida. Calculamos los coeficientes de difusión de esta ecuación y analizamos el proceso depérdida de coherencia para las longitudes de onda mayores que la crítica. Luego, con el objetode analizar la formación de estructuras en modelos inflacionarios, generalizamos los resultadosa campos acoplados conformemente a la métrica de de Sitter. Mostramos que la pérdida decoherencia es efectiva si la longitud de onda crítica es mayor que el radio de Hubble. Por otro lado, estudiamos el límite clásico en modelos de gravedad escalar-tensorial en dosdimensiones. Analizamos diferentes acoplamientos entre el campo dilatónico y el campo de materia. Discutimos el proceso de radiación de Hawking en los distintos modelos. A partir de uncálculo exacto de la funcional de influencia, estudiamos las condiciones bajo las cuales es posibleque la pérdida de coherencia sea efectiva en métricas cosmológicas para asegurar la validez de laaproximación semiclásica. Finalmente estudiamos modelos en cuatro dimensiones donde campos masivos se acoplan ala geometria del espacio-tiempo de manera arbitraria. Calculamos las ecuaciones de Einstein-Langevinpara estudiar el efecto de las fluctuaciones cuánticas inducidas por los campos de materiasobre la geometría clásica.
El problema a resolver es el de lograr mayor conocimiento, sobre el tema de la Dinámica Cuántica y su Límite Clásico, del cual el sistema científico dispone actualmente. La Dinámica Cuántica es un tema abierto. La comparación con el conocimiento acumulado en la Dinámica Clásica, expone claramente esta situación. Si bien se pueden mencionar determinadas áreas conceptuales como la de los Invariantes Dinámicos, el desarrollo de este tema se ha dado fundamentalmente dentro de campos de aplicación específicos, como por ejemplo en el de ``Muchos Cuerpos", Materia Condensada y Óptica Cuántica. En nuestra metodología consideramos, que la evolución de los operadores cuánticos es la canónica y que el generador de la evolución temporal de las variables clásicas es el valor medio del Hamiltoniano total. Como resultado, todas las propiedades del sistema cuántico (por ejemplo el Principio de Incerteza) se verifican para todo tiempo. Este enfoque no solo representa una buena aproximación, sino que podría describir la interacción entre sistemas microscópicos y macroscópicos, como en los casos de (i) la interacción de un sistema cuántico con un baño o (ii) un proceso de medición. Además, proporciona un modelo exactamente solucionable para el problema de medición cuántica.El objetivo general de este plan de trabajo en de omvestigación es avanzar en el conocimiento formal y aplicado, de la Dinámica Cuántica y su Límite clásico. Para ello se plantean los siguientes objetivos particulares: 1) El estudio de la dinámica de Hamiltonianos no lineales relevantes y de formas hamiltonianas bosónicas no estables. 2) El estudio del Límite Clásico de la Dinámica Cuántica. 3) El estudio y aplicaciones a sistemas relevantes, de Aproximaciones Semiclásicas, especialmente la Aproximación Semicuántica y su Límite Clásico. 4) El desarrollo del tema Juegos Cuánticos. En particular para la representación de la interacción dinámica de sistemas físicos. 5) El desarrollo de nuevos Cuantificadores de Información, tanto clásicos como cuánticos. Adicionalmente 6) La posible aplicación de Modelos Dinámicos de la Física (fundamentalmente cuánticos) y Cuantificadores de Información derivados del mismo campo, a otras ramas del conocimiento, como biología, economía, etc. La metodología de trabajo involucra desarrollos analíticos y desarrollos computacionales, e implica manejo de herramientas teóricas en los ámbitos de la mecánica cuántica, dinámica clásica y cuántica y teoría de la información.