Neste trabalho usamos uma aproximação semi-clássica para melhor entender a interação entre gravidade e matéria. Essa aproximação é estudada a partir da Equação de Schrödinger-Newton (SN), que consiste na Equação de Schrödinger com um potencial newtoniano clássico auto-interagente. Dependendo de parâmetros como a massa e a condição inicial, o pacote pode se manter gravitacionalmente confinado ou pode ter um comportamento difusivo, aproximadamente como partícula livre. O valor de massa cujo pacote de onda não confina nem difunde é definido como massa crítica, mc. Estudamos a dinâmica da equação SN usando duas condições iniciais diferentes: um pacote de onda com uma Gaussiana centrada na origem e um pacote de onda composto por duas funções Gaussianas, uma centrada na origem e outra em R. Este modelo foi estudado, entre outros autores, por [7, 11], onde um valor alto de mc, na ordem de 109 u (unidades de massa atômica), foi encontrado. Neste trabalho procuramos alguma condição inicial (qualquer conjunto de parâmetros específicos) que diminuam a massa crítica. Foi encontrado que, usando a condição inicial com duas Gaussianas, a massa crítica encontrada é menor que a massa crítica para condição inicial com apenas uma função Gaussiana.
Neste trabalho usamos uma aproximação semi-clássica para melhor entender a interação entre gravidade e matéria. Essa aproximação é estudada a partir da Equação de Schrödinger-Newton (SN), que consiste na Equação de Schrödinger com um potencial newtoniano clássico auto-interagente. Dependendo de parâmetros como a massa e a condição inicial, o pacote pode se manter gravitacionalmente confinado ou pode ter um comportamento difusivo, aproximadamente como partícula livre. O valor de massa cujo pacote de onda não confina nem difunde é definido como massa crítica, mc. Estudamos a dinâmica da equação SN usando duas condições iniciais diferentes: um pacote de onda com uma Gaussiana centrada na origem e um pacote de onda composto por duas funções Gaussianas, uma centrada na origem e outra em R. Este modelo foi estudado, entre outros autores, por [7, 11], onde um valor alto de mc, na ordem de 109 u (unidades de massa atômica), foi encontrado. Neste trabalho procuramos alguma condição inicial (qualquer conjunto de parâmetros específicos) que diminuam a massa crítica. Foi encontrado que, usando a condição inicial com duas Gaussianas, a massa crítica encontrada é menor que a massa crítica para condição inicial com apenas uma função Gaussiana.
O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento da densidade de probabilidade dos semicondutores com duas modelagens distintas: primeiramente estudou-se o comportamento de um material semicondutor descrito pela equacao de Schroedinger com potencial constante logo depois utilizou-se um potencial Coulombiano. Para a analise das equacoes diferencias foi utilizado o Modellus, onde pode se verificar o comportamento de ambos potenciais, por meio da janela grafica e de animacao. Analisou-se o comportamento da densidade de probabilidade das funcoes de onda que pode representar o semicondutor, utilizando a modelagem matematica com o programa a Modellus. Atraves da modelagem, que e a inovacao dessa pesquisa, foi possivel analisar a equacao e ver o comportamento do potencial real e do simplificado dos livros de mecânica quântica e assim analisar se a aproximacao e valida ou nao. Essa analise foi feita utilizando curvas comparativas para varios numeros quânticos e diferentes valores da energia. Outros aspectos do problema tambem foi analisado e comparado com o presente na literatura. Na janela modelo colocou-se a Equacao de Schroedinger usada na descricao de um eletron em um atomo. O programa permite a analise de varios casos onde se pode verificar a existencia uma pequena diferenca entre as duas funcoes de onda apesar dos potenciais serem bem diferentes. A analise foi feita utilizando a comparacao dos graficos para as duas condicoes, considerando a variacao da Energia e outros parâmetros relacionados com os numeros quânticos do problema. Para o estudo dos numeros quânticos presentes na equacao de Schroedinger utilizou-se o fato que a mesma pode ser resolvida pelo metodo da separacao das variaveis, dessa forma foi possivel estudar o comportamento de cada numero quântico. Verificou–se que apesar do Modellus ser um programa de somente uma variavel e possivel utiliza-lo para o estudo do comportamento quântico de um atomo de um unico eletron, pelo fato de pode estudar as equacao de forma separaveis. Atraves dos graficos obtivemos uma maior compreensao do problema.
Na presente dissertação, serão estudados e construídos estados semiclássicos de sistemas em movimento infinito, apresentando e discutindo diferentes abordagens para sua construção. Dentre essas abordagens, no caso de partículas massivas, analisaremos a evolução temporal de uma solução particular da equação de Schrödinger. Essa solução corresponde a um pacote de onda que se propaga com uma velocidade, e cujo valor esperado da posição é equivalente ao seu análogo clássico. Para a construção desses pacotes de onda, adotaremos o método de Malkin, Man\'ko e Dodonov. Com base nesse arcabouço matemático, estudaremos os estados semiclássicos no caso de uma partícula livre e, como estudo original, construiremos os estados semiclássicos de uma partícula com aceleração, representando dois sistemas com movimento infinito. A partir dessa fundamentação, interpretaremos como a condição de semiclassicalidade pode ser útil para a análise física do sistema. Como exemplo, construiremos estados semiclássicos para uma partícula sujeita a uma força de atrito e para uma partícula sujeita a uma força de atrito e uma força constante, com modelos do tipo Caldirola-Kanai, com o objetivo de compará-los com as condições semiclássicas da partícula livre e partícula acelerada, assim, permitindo oferecer uma possível interpretação física do Hamiltoniano que incorpora forças dissipativas em modelos tipo Caldirola-Kanai. Será construído também os estados semiclássicos para o oscilador harmônico invertido. Além disso, no contexto de sistemas não massivos, estudaremos as autofunções do operador potencial vetor como estados semiclássicos, e suas diferenças em relação aos estados semiclássicos do campo eletromagnético, que são autofunções da parte positiva do operador do campo elétrico, estes, já bem consolidados na literatura.
Este artigo aborda a equação de Schrödinger relacionada a função de onda , com foco em sua aplicação a dois sistemas físicos específicos: poços quadrados infinitos e partículas livres. O objetivo geral consiste em compreender os fundamentos matemáticos e físicos e explorar como a solução da equação descreve o comportamento quântico de partículas em diferentes potenciais elétricos. Os métodos utilizados são teóricos e analíticos, baseados em uma revisão da literatura pertinente a mecânica quântica. O caso unidimensional da equação transitória e sua forma estacionária são analisados para um poço quadrado infinito com enfase na quantização da energia e a determinação das condições de contorno para os estados estacionários permitidos. Para partículas livres, examina-se como uma superposição de ondas planas associadas a um espectro de energia contínuo. Os resultados mostram que em poços infinitos as soluções apresentam quantização de energia e estados discretos, enquanto para partículas livres as soluções apresentam graus de liberdade de movimento com energia contínua. A conclusão é que a equação de Schrödinger é crucial para descrever fenômenos quânticos, fornecendo uma base matemática sólida para a compreensão de sistemas confinados e livres destacando a partir de exemplos, a importância das funções de onda na previsão e explicação do comportamento das partículas em sistemas quânticos, contribuindo para o avanço da física moderna.
Na presente tese, usamos operadores invariantes lineares a luz do metodo de invariantes
dinâmicos para encontrar as solucoes exatas da equacao de Schrodinger para um
oscilador harmonico forcado generalizado dependente do tempo em termos das solucoes
de uma equacao diferencial de segunda ordem que descreve a amplitude de um oscilador
harmonico amortecido nao-for¸cado. Construimos as solucoes do tipo pacotes de ondas
gaussianos e calculamos as flutuacoes quânticas das coordenadas e momentos, bem como
da correlacao entre ambos. Como destaque, mostramos que a largura das flutuacoes e as
correlacoes do pacote gaussiano nao dependem da forca externa. Como caso particular,
aplicamos nosso formalismo ao conhecido oscilador forcado de Caldirola-Kanai. Depois,
fazemos uma descricao quântica da propagacao da luz num meio condutor, homogeneo,
linear e com densidade de carga nula, usando o modelo de oscilador harmonico dependente
de tempo numa abordagem fenomenologica usando o gauge de Coulomb, invariantes lineares
e o metodo do invariante dinâmico. Obtemos as funcoes de onda exatas para este
problema em termos de solucoes de uma equacao diferencial de segunda ordem que descreve
a amplitude do oscilador amortecido classico. Alem disso, construimos solucoes do
tipo pacotes de onda gaussianos e calculamos as flutuacoes e as correlacoes quânticas para
cada modo do campo eletromagnetico quantizado. Em seguida, estendemos nossa investiga
cao utilizando tambem um operador invariante quadratico. Encontramos as funcoes de
onda exatas para a equacao de Schrodinger para a luz num meio condutor com frequencia
dependente do tempo. Concluimos a presente tese abordando o problema de encontrar
funcoes de onda (solucoes da equacao de Schrodinger) exatas, com dependencia temporal,
para uma particula aprisionada por campos oscilantes.
Em um curso tradicional de Química Quântica, os modelos estudados para ilustrar algumas das ferramentas da Mecânica Quântica relevantes para a compreensão da estrutura da matéria no nível atômico e molecular são apresentados no que se convencionou chamar, numa apresentação mais formal, de representação da posição. Nesta representação, o estado do sistema é descrito por uma função de onda dependente das posições das partículas que o constituem. Isso leva o estudante de química a uma concepção distorcida de que na natureza os estados dos sistemas devem ser obrigatoriamente descritos em termos das posições de suas partículas. Aqui mostramos que essa não é a única forma de abordar quanticamente a descrição de um sistema físico. Uma outra forma é servir-se da representação do momento, onde a função de estado depende do momento de cada uma das partículas. Existem dois caminhos para se obter as funções de estado na representação do momento. Uma delas é fazer-se a transformada de Fourier das funções de estado na representação da posição, e a outra é buscar resolver a equação de Schrödinger diretamente na representação do momento. Neste trabalho, foram discutidas essas duas abordagens para os modelos mais comuns estudados num curso de Química Quântica, sendo eles: a partícula na caixa, o oscilador harmônico, o átomo de hidrogênio, o átomo de hélio, o íon-molécula de hidrogênio (H2 +) e a molécula de hidrogênio (H2). Buscou-se mostrar uma perspectiva diferente na descrição desses sistemas bem como uma abordagem matemática distinta da usual e, também, as dificuldades, principalmente matemáticas, de sua aplicação e ensino num curso de Química Quântica.
O problema de como descrever a dinâmica efetiva de partículas ou campos confinados a um espaço-tempo de baixa dimensão é de interesse em muitas áreas da física. Vários métodos foram propostos na literatura para atacar este problema. Recentemente, foram relatadas algumas evidências experimentais que são consistentes com a chamada abordagem de potencial confinante. À luz destes resultados, o objetivo desta tese é o de construir uma teoria quântica para partículas confinadas em uma subvariedade, imersa em um espaço-tempo plano, empregando o cenário conceitual da abordagem de potencial confinante. A tese está dividida em duas partes. A primeira parte é dedicada exclusivamente ao estudo da mecânica quântica em uma subvariedade. Para esta finalidade, deduzimos as equações efetivas de Schrödinger, Dirac e Klein-Gordon, em uma subvariedade curva, na presença de um campo electromagnético externo. Examinamos as características singulares estas equações e apresentamos algumas aplicações em física da matéria condensada. Na segunda parte, partimos da mecânica quântica na subvariedade e então formulamos a teoria quântica de campos (TQC) na subvariedade. Mostramos que a TQC \\"livre\\" em uma subvariedade pode ser representada esquematicamente como uma teoria de campos livres, em um fundo curvo, mais um potencial escalar e um campo externo SO(n - m) de Yang-Mills. Calculamos para essa teoria a ação efetiva em ordem de um laço para bósons e férmions a temperatura e potencial químico não nulos, em todas as ordens, usando a expansão de Seely-DeWitt. Para teorias com interações, demonstramos que a teoria conhecida como eletrodinâmica quântica reduzida (RQEDd?,de) pode ser recuperada a partir da abordagem de potencial confinante. Para uma teoria bidimensional, propomos uma grande classe de extensões do modelo de Schwinger, em que a interação entre férmions vai além do potencial linear. Demonstramos que, notavelmente, essas extensões são exatamente solúveis para férmions sem massa e que não há geração de massa dinâmica para os férmions. Além disso, construímos uma nova família de teorias que podem ser exatamente bosonizadas. Também mostramos que RQED4,2 tem as características necessárias para ser identificada como uma teoria de campo efetivo para fios de grafeno. Finalmente, estudamos o efeito da interação de campos magnéticos e pseudomagnéticos no grafeno. Para este sistema, calculamos o condensado fermiônico, a densidade de carga induzida de vácuo, a ação efetiva em ordem de um laço e a magnetização. Demonstramos que a presença de um campo pseudo-magnético diferente de zero torna possível observar experimentalmente uma densidade de carga induzida de vácuo. Além disso, vamos mostrar que é possível ter controle sobre a magnetização, bem como a massa dinâmica para cada vale no grafeno, quer seja por deformações ou variando o campo magnético aplicado.