Quasiparticles in out-of-equilibrium quantum systems: correlations and equilibration

Datum: 27 april 2018

Locatie: Campus Middelheim, A.143 - Middeleimlaan 1 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Middelheim)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Mathias Van Regemortel

Promotor: Michiel Wouters en Iacopo Carusotto

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Mathias Van Regemortel - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

De studie van veeldeeltjessystemen in kwantummechanica wordt op een fundamenteel niveau gehinderd door de exponentiele groei van de Hilbertruimte, de wiskundige ruimte waarin de fysica wordt uitgedrukt. In eerste benadering kan men daarom proberen om het probleem uit te drukken met behulp van quasideeltjes, fictieve deeltjes die worden ingevoerd om de relevante fysica beschrijven. In deze thesis wordt uitgewerkt hoe deze quasideeltjes verschijnen in verscheidene niet-evenwichtsscenario’s, waarbij we eveneens aantonen dat dit formalisme op een natuurlijke wijze toelaat om inzicht te verwerven in een fysisch probleem.

Om te beginnen bekijken we hoe een plotse verandering van een parameter in een fysisch model – een quantum quench – abrupt een populatie van quasideeltjes injecteert in een systeem. Vanaf dan begint elk quasideeltje te propageren door het systeem met een bepaalde snelheid, die we ook uit het model kunnen afleiden. Op deze manier begrijpen we hoe verschillende punten gecorreleerd met elkaar raken, en hoe dit uiteindelijk leidt tot een schijnbare relaxatie van heel het systeem. Meer bepaald zullen we ons in eerste plaats concentreren op hoe een langedrachtspotentiaal tussen de echte deeltjes de spreiding van informatie beinvloedt, overgedragen door quasideeltjes, en hoe dit het systeem terug tot evenwicht brengt.

We gaan dan verder met het bestuderen van fotonische systemen, een volledige andere invulling van het begrip niet-evenwicht. Nu onderzoeken we hoe quasideeltjes te voorschijn komen in een planaire microcaviteit – een systeem dat vanzelf uit evenwicht is door de continue injectie en ontsnapping van fotonen. We tonen aan hoe een zwakke interactie tussen de fotonen, overgedragen door een niet-lineair fotonisch medium, licht met zwak niet-klassieke eigenschappen genereert. Ons werk toont dan aan hoe een interferentie en selectie-experiment, opgesteld achter de microcaviteit, een benaderende trein van individuele fotonen kan opleveren wanneer dit zwak niet-klassiek licht als input wordt gegeven.

Tenslotte sluiten we dit werk af door nog een stapje verder te gaan – door ook interacties tussen de quasideeltjes mee in rekening te nemen. We illustreren dat deze botsingen een karakteristieke afdruk achterlaten in de stationaire toestand van een gedreven keten van caviteiten. In een evenwichtssituatie - zoals we later ook expliciet aantonen - zullen exact dezelfde botsingen het systeem steeds terug herleiden naar een thermisch evenwicht. We werken dit schijnbare contrast genuanceerd uit, en besluiten dat deze tegenstrijdigheden kunnen worden teruggeleid naar welgekende concepten uit de evenwichtsdynamica, zoals de tweede hoofdwet van de thermodynamica en detailed balance.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen