Aparición del flujo hidrodinámico en sistemas cuánticos caóticos. unoen un sistema cuántico en equilibrio exterior sin cambios de densidad a gran escala, los valores esperados locales (como la densidad) se relajan rápidamente, mientras que la perturbación se propaga por todo el sistema durante largos períodos de tiempo. bPor lo tanto, un subsistema se acopla rápidamente a su entorno, lo que lleva a flujos observables en el subsistema que se equilibran en escalas de tiempo mucho más lentas que los valores esperados locales. Finalmente, se alcanza el equilibrio térmico, como lo describe la teoría de la termalización del estado propio (ETH). doEste lento equilibrio hidrodinámico de fluctuaciones se describe clásicamente mediante FHD, que predice la evolución temporal de la densidad numérica.norte( incógnita, t) a través del ruido estadístico. crédito: La física de la naturaleza. (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02611-z
Aunque los sistemas formados por muchas partículas pequeñas que interactúan pueden ser extremadamente complejos y caóticos, algunos todavía pueden describirse utilizando teorías simples. ¿Pertenece también al mundo de la física cuántica?
Un equipo de investigación dirigido por la profesora Monica Edelsberger y el profesor Emmanuel Bloch de la Facultad de Física de la LMU investigó esta cuestión sobre los sistemas cuánticos de muchos cuerpos y encontró indicios de que pueden describirse macroscópicamente mediante ecuaciones de difusión simples con ruido aleatorio. El estudio fue publicado recientemente en la revistaLa física de la naturaleza..
«Si se quiere describir el comportamiento del flujo del agua, no es necesario empezar con la física de las moléculas de agua. En lugar de ello, se puede desarrollar la ecuación del flujo y analizar el problema desde un punto de vista puramente macroscópico. Es posible», explica el Dr. . Julián Weinand. candidato en el equipo de investigación de Immanuel Bloch y autor principal del nuevo estudio.
Este método se conoce como hidrodinámica. Sin embargo, cuando observamos el movimiento de pequeñas partículas en el agua, vemos que no sólo se mueven con la corriente, sino que también realizan pequeños movimientos, que se denominan movimiento browniano. Estas fluctuaciones son el resultado directo de las colisiones aleatorias de las partículas entre moléculas de agua individuales.
«Debido a que estos movimientos falsos son aleatorios, podemos describirlos como ruido blanco e hidrodinámica fluctuante (FHD)», dice Weinand. «Sorprendentemente, esta teoría FHD nos dice que en algunos casos, todo el comportamiento de un sistema puede ser determinado por una sola cantidad: la constante de difusión, aunque la física a nivel microscópico es muy compleja y caótica». Esto simplifica enormemente la descripción macroscópica de tales sistemas y elimina la necesidad de dedicarse a la descripción de interacciones microscópicas de partículas.
¿Esto también se aplica a los sistemas cuánticos?
Es dudoso que los sistemas caóticos puedan ser descritos generalmente por FHD. Pero si esto también es cierto y en qué medida para los sistemas cuánticos caóticos es en gran medida una cuestión abierta. Las leyes de la física que determinan cómo se comportan las partículas cuánticas son fundamentalmente diferentes de las partículas clásicas que gobiernan, y fenómenos como la «incertidumbre» y el «entrelazamiento» desafían la intuición cotidiana. Al mismo tiempo, los sistemas cuánticos son aún más difíciles de calcular y, por tanto, pueden beneficiarse especialmente de una especificación FHD.
El equipo de investigación abordó esta cuestión estudiando el comportamiento de sistemas cuánticos caóticos de muchos cuerpos bajo el microscopio. Para observar la dinámica, el equipo preparó un sistema cuántico de átomos de cesio ultrafríos en una red óptica en un estado inicial de no equilibrio y luego lo dejó evolucionar libremente.
«La alta resolución de nuestro sistema de imágenes nos permite medir no sólo la densidad promedio de partículas en sitios poco profundos, sino también su flujo», dice Wyand. «De esta manera pudimos medir cómo las relaciones de flujo y densidad crecen con el tiempo y el resultado es que FHD describe nuestro sistema cualitativa y cuantitativamente». Los investigadores ven esto como una indicación importante de que los sistemas cuánticos caóticos, a pesar de su complejidad microscópica, sólo pueden describirse como un proceso de difusión macroscópico, similar al movimiento browniano.
Más información:
Julian F. Wynand et al., Contrastando la hidrodinámica fluctuante en sistemas cuánticos caóticos,La física de la naturaleza. (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02611-z
Proporcionado por la Universidad Ludwig Maximilian de Munich
referencia: La teoría de la hidrodinámica fluctuante puede explicar sistemas caóticos de muchos cuerpos, sugiere un estudio (2024, 9 de septiembre) Obtenido el 9 de septiembre de 2024 de https://phys.org/news/2024-09-fluctuating-hidrodinamica-teoría-chaotic-body. HTML
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