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Séminaire - Ergodicité et thermalisation des fonctions propres : From Unitary Dynamics to Statistical Mechanics in Isolated Quantum Systems

Séminaire - Ergodicité et thermalisation des fonctions propres : From Unitary Dynamics to Statistical Mechanics in Isolated Quantum Systems

DeGéométrie spectrale - Nalini Anantharaman


Séminaire - Ergodicité et thermalisation des fonctions propres : From Unitary Dynamics to Statistical Mechanics in Isolated Quantum Systems

DeGéométrie spectrale - Nalini Anantharaman

évaluations:
Longueur:
56 minutes
Sortie:
31 janv. 2023
Format:
Épisode de podcast

Description

Nalini AnantharamanGéométrie spectraleCollège de FranceAnnée 2022-2023Séminaire - Ergodicité et thermalisation des fonctions propres : From Unitary Dynamics to Statistical Mechanics in Isolated Quantum SystemsIntervenant(s) : Marcos Rigol, Penn State UniversityRésuméExperiments with ultracold gases have made it possible to study dynamics of (nearly-) isolated quantum many-body systems, which has revived theoretical interest on this topic. In generic isolated systems, one expects nonequilibrium dynamics to result in thermalization: a relaxation to states where the values of macroscopic quantities are stationary, universal with respect to widely differing initial conditions, and predictable through the time-tested recipe of statistical mechanics. However, it is not obvious what feature of a many-body system makes quantum thermalization possible, in a sense analogous to that in which dynamical chaos makes classical thermalization possible. Underscoring that new rules could apply in the quantum case, experimental studies in one-dimensional systems have shown that traditional statistical mechanics can provide wrong predictions for the outcomes of relaxation dynamics. We show that isolated "nonintegrable" systems do in fact relax to states in which observables are well-described by statistical mechanics. Moreover, we argue that the time evolution itself only plays an auxiliary role as thermalization occurs at the level of individual eigenstates.
Sortie:
31 janv. 2023
Format:
Épisode de podcast

Titres dans cette série (37)

La géométrie spectrale est le domaine des mathématiques qui vise à faire le lien entre la géométrie d'un objet et son spectre de vibration. Le domaine a connu une première naissance dans les années 1910, quand les précurseurs de la mécanique quantique ont cherché à calculer le spectre des atomes à partir de considérations géométriques sur le modèle planétaire. La question s'est ensuite muée en l'étude du spectre d'opérateurs de Schrödinger, en lien avec la géométrie symplectique dans l'espace des phases de la mécanique classique.La seconde naissance du domaine remonte aux années 1960 avec le théorème de l'indice, qui donne des relations entre certains « indices topologiques » (par exemple la caractéristique d'Euler d'un espace topologique) et le bas du spectre d'un opérateur elliptique (comme l'opérateur de Laplace). Ce domaine connaît actuellement une activité intense du côté de la physique, avec la découverte du rôle de la notion d'« indice » dans la description des matériaux topologiques.Parmi les grandes questions de la géométrie spectrale, citons :Le chaos quantique : c'est l'étude du spectre d'un opérateur de Schrödinger, quand le système hamiltonien qui lui correspond en mécanique classique est chaotique ;Les problèmes inverses : que peut-on deviner de la géométrie d'un objet à partir de la mesure de son spectre de vibration ?Le lien entre spectre et topologie, via divers avatars du théorème de l'indice ;Le spectre de systèmes désordonnés ou d'objets géométriques aléatoires ;Le lien entre géométrie et contrôle des ondes : quels sont les meilleurs endroits où se placer pour « diriger » une onde ?Le cours sera tourné vers les aspects mathématiques de ces questions, mais certaines années le séminaire sera l'occasion d'entendre des physiciens présenter leurs travaux en lien avec le cours.