Термализация - Thermalisation

В физике , термализацией является процесс физических тел , достигающих тепловое равновесие путем взаимного взаимодействия. В общем, естественная тенденция системы - к состоянию равнораспределения энергии и однородной температуры, которое максимизирует энтропию системы . Таким образом, термализация, тепловое равновесие и температура являются важными фундаментальными понятиями в статистической физике , статистической механике и термодинамике ; все это является основой для многих других конкретных областей научного понимания и инженерного применения .

Примеры термализации включают:

  • достижение равновесия в плазме .
  • процесс, которому подвергаются нейтроны высоких энергий, поскольку они теряют энергию при столкновении с замедлителем .

Гипотеза, лежащая в основе большинства вводных учебников по квантовой статистической механике , предполагает, что системы приходят к тепловому равновесию (термализации). Процесс термализации стирает локальную память начальных условий. Гипотеза термализации собственного состояния - это гипотеза о том, когда квантовые состояния будут подвергаться термализации и почему.

Не все квантовые состояния подвергаются термализации. Были обнаружены некоторые состояния, которых нет (см. Ниже), и их причины не достижения теплового равновесия неясны по состоянию на март 2019 года.

Теоретическое описание

Процесс уравновешивания можно описать с помощью H-теоремы или теоремы релаксации , см. Также производство энтропии .

Системы, устойчивые к термализации

Активное направление исследований в квантовой физике - системы, устойчивые к термализации. Некоторые из таких систем включают:

  • Квантовые шрамы , квантовые состояния с вероятностью прохождения классических периодических орбит намного выше, чем можно было бы интуитивно предсказать из квантовой механики.
  • Локализация многих тел (MBL), квантовые системы многих тел, сохраняющие память о своем начальном состоянии в локальных наблюдаемых в течение произвольных промежутков времени.

По состоянию на март 2019 года механизм ни одного из этих явлений неизвестен.

Другие системы, которые сопротивляются термализации и лучше изучены, - это квантовые интегрируемые системы и системы с динамической симметрией .

использованная литература

  1. ^ «Столкновения и термализация» . sdphca.ucsd.edu . Проверено 14 мая 2018 .
  2. ^ «NRC: Глоссарий - Термализация» . www.nrc.gov . Проверено 14 мая 2018 .
  3. ^ Сакураи JJ. 1985. Современная квантовая механика . Менло-Парк, Калифорния: Бенджамин / Каммингс
  4. ^ Рид, Джеймс С .; Эванс, Денис Дж .; Сирлз, Дебра Дж. (11 января 2012 г.). «Коммуникация: за пределами H-теоремы Больцмана: демонстрация теоремы релаксации для немонотонного подхода к равновесию» (PDF) . Журнал химической физики . 136 (2): 021101. DOI : 10,1063 / 1,3675847 . hdl : 1885/16927 . ISSN  0021-9606 . PMID  22260556 .
  5. ^ a b «Появление квантовых рубцов, чтобы бросить вызов вселенной, направленной на беспорядок» . Журнал Quanta . 20 марта 2019 . Проверено 24 марта 2019 года .
  6. ^ Тернер, CJ; Михайлидис, AA; Абанин Д.А.; Сербин, М .; Папич, З. (22 октября 2018 г.). «Квантовые рубцовые собственные состояния в цепочке ридберговских атомов: запутанность, нарушение термализации и устойчивость к возмущениям». Physical Review B . 98 (15): 155134. arXiv : 1806.10933 . Bibcode : 2018PhRvB..98o5134T . DOI : 10.1103 / PhysRevB.98.155134 . S2CID  51746325 .
  7. ^ Мудгалья, Санджай; Реньо, Николя; Бернвиг, Б. Андрей (27.12.2018). «Запутанность точных возбужденных состояний моделей AKLT: точные результаты, шрамы от множества тел и нарушение сильного ETH». Physical Review B . 98 (23): 235156. arXiv : 1806.09624 . DOI : 10.1103 / PhysRevB.98.235156 . ISSN  2469-9950 .
  8. ^ Хемани, Ведика; Лауманн, Крис Р .; Чандран, Анушья (2019). «Сигнатуры интегрируемости в динамике ридберговских цепочек». Physical Review B . 99 (16): 161101. arXiv : 1807.02108 . DOI : 10.1103 / PhysRevB.99.161101 . S2CID  119404679 .
  9. ^ Нандкишор, Рахул; Huse, David A .; Абанин Д.А.; Сербин, М .; Папич, З. (2015). «Многотельная локализация и термализация в квантовой статистической механике». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 6 : 15–38. arXiv : 1404.0686 . Bibcode : 2015ARCMP ... 6 ... 15N . DOI : 10,1146 / annurev-conmatphys-031214-014726 . S2CID  118465889 .
  10. ^ Choi, J.-y .; Hild, S .; Zeiher, J .; Schauss, P .; Rubio-Abadal, A .; Yefsah, T .; Khemani, V .; Huse, DA; Bloch, I .; Гросс, К. (2016). «Изучение перехода локализации многих тел в двух измерениях». Наука . 352 (6293): 1547–1552. arXiv : 1604.04178 . Bibcode : 2016Sci ... 352.1547C . DOI : 10.1126 / science.aaf8834 . PMID  27339981 . S2CID  35012132 .
  11. ^ Вэй, Кен Сюань; Раманатан, Чандрасекар; Каппелларо, Паола (2018). «Изучение локализации в ядерных спиновых цепях». Письма с физическим обзором . 120 (7): 070501. arXiv : 1612.05249 . Bibcode : 2018PhRvL.120g0501W . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.120.070501 . PMID  29542978 . S2CID  4005098 .
  12. ^ Ко, Жан-Себастьян; Эсслер, Фабиан Х.Л. (18.06.2013). «Эволюция во времени локальных наблюдаемых после перехода к интегрируемой модели» . Письма с физическим обзором . 110 (25): 257203. DOI : 10,1103 / PhysRevLett.110.257203 . PMID  23829756 . S2CID  3549427 .
  13. ^ Буча, Берислав; Тиндалл, Джозеф; Якш, Дитер (2019-04-15). «Нестационарная когерентная квантовая динамика многих тел за счет диссипации» . Nature Communications . 10 (1): 1730. DOI : 10.1038 / s41467-019-09757-у . ISSN  2041-1723 . PMC  6465298 . PMID  30988312 .


Значок заглушки

Эта статья по термодинамике незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .
Значок заглушки

Эта статья о квантовой механике незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .