Construímos um formalismo variacional para calcular funcionais deWigner em teoria quântica de campos através da generalização de um método desenvolvido na mecânica estatística não-relativística. O funcional de Wigner que usamos é uma generalização da função de Wigner usual em mecânica quântica, na qual amplitudes de campo e seus momentos conjugados são as variáveis dinâmicas do espaço de fase. O formalismo não perturbativo nos permite calcular sistematicamente correções à tradicional aproximação de campo médio para os funcionais de Wigner. Para desenvolver o formalismo, empregamos uma teoria de campo escalar com autointerações quárticas. Implementamos um exercício numérico para explorar alguns aspectos do formalismo e calculamos a função de correlação de dois pontos e a segunda entropia de Rényi.
Construímos um formalismo variacional para calcular funcionais deWigner em teoria quântica de campos através da generalização de um método desenvolvido na mecânica estatística não-relativística. O funcional de Wigner que usamos é uma generalização da função de Wigner usual em mecânica quântica, na qual amplitudes de campo e seus momentos conjugados são as variáveis dinâmicas do espaço de fase. O formalismo não perturbativo nos permite calcular sistematicamente correções à tradicional aproximação de campo médio para os funcionais de Wigner. Para desenvolver o formalismo, empregamos uma teoria de campo escalar com autointerações quárticas. Implementamos um exercício numérico para explorar alguns aspectos do formalismo e calculamos a função de correlação de dois pontos e a segunda entropia de Rényi.
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.
Nesta tese apresentamos um método para a obtenção da estatística de contagem de carga de estruturas mesoscópicas baseado na teoria de matrizes aleatórias e em técnicas supersimétricas. Através de um poderoso mapa que pode ser estabelecido entre a função geratriz da estatística de contagem e o modelo sigma não linear supersimétrico, mostramos que a teoria quântica de circuitos de um ponto quântico ou uma sequência deles conectados a reservatórios de elétrons por barreiras não ideais pode ser obtida a partir do ponto de sela de tal modelo. Estendemos o formalismo para as três classes de Wigner-Dyson de matrizes aleatórias. Estabelecemos também uma conexão entre os resultados deste formalismo e a teoria de matrizes de espalhamento aleatórias. Aplicamos a teoria de circuitos obtida de tal formalismo para estudar um sistema híbrido metal normal-supercondutor (NS) no regime de baixas temperaturas, pequenas voltagens e a campo magnético nulo. Calculamos a densidade de autovalores de reflexão de Andreev, que em sistemas NS assume o papel dos autovalores de transmissão do caso normal, e os três primeiros cumulantes da estatística de contagem de uma cavidade caótica conectada a um reservatório normal e outro supercondutor por barreiras de transparência arbitrárias. Observamos um interessante sinal de uma recentemente estudada transição quântica relacionada ao surgimento de modos do tipo Fabry-Pérot dentro da cavidade quando variamos as transparências das barreiras. Estas assinaturas são mais uma manifestação dos efeitos de proximidade do supercondutor. Estudamos também nesta tese os efeitos de interferência quântica nas propriedades de transporte de cadeias de pontos quânticos. Através de um eficiente método que permite obter correções quânticas através da teoria de circuitos, calculamos a correção de localização fraca dos três primeiros cumulantes de uma cadeia de pontos quânticos, onde fomos capazes de observar um comportamento anômalo de tais correções quando variamos o número de cavidades que compõem o circuito. Calculamos também as flutuações universais da condutância deste sistema. Finalizamos esta tese estudando um sistema onde a teoria de circuitos ainda não está disponível: um ponto quântico com uma interface NS na presença de campo magnético. Utilizamos a técnica diagramática de integração sobre o grupo unitário para calcular os dois primeiros cumulantes bem como a correção de localização fraca da condutância deste sistema. Uma rica fenomenologia foi encontrada quando variamos as transparências das barreiras neste sistema. Comparamos os resultados deste regime com os obtidos a campo magnético nulo
Estendemos para a teria de campos o método variacional de Kleinert. Este método foi primeiramente usado na mecânica quântica e fornece uma expansão em cumulantes convergente. Sua extensão para a teoria de campos não é trivial devido às divergências ultravioletas que aparecem quando a dimensão do espaço é maior que 2. Devido a estas divergências, a teoria deve ser regularizada e normalizada. Além das dificuldades usuais associadas com a renormalização, devemos decidir se calculamos o valor ótimo do parâmetro variacional antes ou depois da renormalização. Nesta tese abordamos o problema da renormalização do potencial efetivo variacional. Primeiramente, mostramos que o potencial efetivo variacional em temperatura zero coincide com o \"potencial efetivo pós-gaussiano\" introduzido por Stancu e Stevenson. Em seguida, apresentamos um esquema de renormalização que permite que renormalizemos a teoria antes de calcular o parâmetro variacional ótimo. Usando este esquema mostramos que o potencial efetivo usual, calculado em ordem 1-loop, pode ser obtido a partir do esquema variacional de Kleinert inteirando uma única vez a equação que determina o parâmetro variacional. Para o potencial efetivo em ordem 2-loops esta aproximação não é tão boa. A renormalização da teoria antes do cálculo do parâmetro variacional permite que estudemos o potencial efetivo variacional numericamente e de forma não-perturbativa, como foi feito por Kleinert para a mecânica quântica.
Nesta dissertação, investigamos a informação mútua de Shannon para um campo escalar quântico sem massa livre em d + 1 dimensões, focando nas correlações entre duas regiões espaciais complementares. Nossa abordagem central envolveu o cálculo dessa medida de informação clássica diretamente dos elementos diagonais da matriz densidade expressa na base de configuração do campo. Essa metodologia forneceu um arcabouço para quantificar as correlações clássicas que persistem ou emergem após processos de decoerência quântica ou medição, que efetivamente diagonalizam a matriz densidade do sistema. Empregamos o formalismo funcional da representação de Schrödinger para calcular as entropias de Shannon associadas às regiões complementares, a partir das quais derivamos a informação mútua. Para lidar com as integrais funcionais, utilizamos tanto a aproximação de ponto de sela quanto o truque das réplicas. Computamos a informação mútua de Shannon para dois casos: o estado de vácuo e estados de partícula-única localizados. Para o estado de vácuo, nossos resultados reproduziram aqueles encontrados na literatura existente. Para estados localizados, descritos por soluções de pacote de ondas da equação de Schrödinger relativística, a informação mútua de Shannon pode ser expressa como a informação mútua do vácuo mais termos dependentes do perfil do pacote de ondas. Como uma aplicação do formalismo desenvolvido, calculamos a informação mútua de Rényi-2 (também conhecida como entropia de colisão) em uma dimensão espacial, considerando regiões definidas como semirretas e empregando um pacote de ondas lorentziano. Encontramos que a presença de uma excitação geralmente aumenta a informação compartilhada em comparação com o caso do vácuo. Esse excesso de informação é maximizado quando a partícula está localizada próximo à fronteira e diminui à medida que a partícula se afasta, com a taxa de decaimento dependendo da largura do pacote de ondas. No geral, nossas descobertas contribuem para a compreensão das correlações clássicas em teoria quântica de campos e oferecem uma perspectiva sobre o conteúdo de informação que é diretamente relevante para cenários envolvendo decoerência e medição. Este trabalho fornece um ponto de vista complementar aos cálculos tradicionais de entropia de emaranhamento, concentrando-se na informação clássica acessível codificada nas probabilidades de configuração do campo.
Neste trabalho implementamos um programa computacional capaz de descrever passo-a-passo o processo de colisão entre dois átomos confinados numa armadilha magneto-óptica em regime frio. Para isso utilizamos o formalismo de Wigner, que é uma formulação equivalente à mecânica quântica, para encontrar-mos uma aproximação quase-clássica para as equações que descrevem o sistema. Este formalismo permite-nos separar os graus de liberdade externos dos átomos colidentes, que podem ser tratados de maneira quase-clássica, dos graus internos de liberdade, os quais não tem contraparte clássica e, portanto, são tratados quanticamente
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.