Термализация - Thermalisation

В физика, термализация (в Содружество на английском языке "термализация") - это процесс достижения физическими телами тепловое равновесие через взаимное взаимодействие. В общем, естественная тенденция системы - это состояние равнораспределение энергии и униформа температура что максимизирует систему энтропия. Следовательно, термализация, тепловое равновесие и температура являются важными фундаментальными понятиями в рамках статистическая физика, статистическая механика, и термодинамика; все это является основой для многих других конкретных областей научное понимание и инженерное приложение.

Примеры термализации включают:

  • достижение равновесия в плазма.[1]
  • процесс претерпевает высокоэнергетический нейтроны поскольку они теряют энергию при столкновении с Модератор.[2]

Гипотеза, лежащая в основе большинства вводных учебников по лечению квантовая статистическая механика,[3] предполагает, что системы приходят к тепловому равновесию (термализация ). Процесс термализации стирает локальную память начальных условий. В 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, и причины, по которым они не достигают теплового равновесия, по состоянию на март 2019 года неясны..

Теоретическое описание

Процесс уравновешивания можно описать с помощью H-теорема или теорема релаксации[4], смотрите также производство энтропии.

Системы, устойчивые к термализации

Область активных исследований в квантовая физика это системы, устойчивые к термализации.[5] Некоторые из таких систем включают:

  • Квантовые рубцы,[6][7] квантовые состояния с вероятностью прохождения классических периодических орбит намного выше, чем можно было бы интуитивно предсказать из квантовой механики[8]
  • Многие локализации тела (MBL),[9] квантовые системы многих тел, сохраняющие память о своем начальном состоянии в локальных наблюдаемых в течение произвольных промежутков времени.[10][11]

По состоянию на март 2019 г., механизм ни одного из этих явлений неизвестен.[5]

Другие системы, которые сопротивляются термализации и лучше изучены, - это квантовые интегрируемый системы[12] и системы с динамические симметрии[13].


Рекомендации

  1. ^ «Столкновения и термализация». sdphca.ucsd.edu. Получено 2018-05-14.
  2. ^ «NRC: Глоссарий - Термализация». www.nrc.gov. Получено 2018-05-14.
  3. ^ Сакураи JJ. 1985 г. 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. Дои:10.1063/1.3675847. ISSN  0021-9606. PMID  22260556.
  5. ^ а б «Квантовое рубцевание, по-видимому, бросит вызов вселенной, направленной на беспорядок». Журнал Quanta. 20 марта 2019 г.,. Получено 24 марта, 2019.
  6. ^ Тернер, С. Дж .; Михайлидис, А. А .; 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». Физический обзор B. 98 (15): 155134. arXiv:1806.10933. Bibcode:2018PhRvB..98o5134T. Дои: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». Физический обзор B. 98 (23): 235156. arXiv:1806.09624. Дои:10.1103 / PhysRevB.98.235156. ISSN  2469-9950.
  8. ^ Хемани, Ведика; Лауманн, Крис Р .; Чандран, Анушья (2019). «Сигнатуры интегрируемости в динамике ридберговских цепочек». Физический обзор B. 99 (16): 161101. arXiv:1807.02108. Дои: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. Дои: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, D. A .; Bloch, I .; Гросс, К. (2016). «Изучение перехода локализации многих тел в двух измерениях». Наука. 352 (6293): 1547–1552. arXiv:1604.04178. Bibcode:2016Научный ... 352.1547C. Дои: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 физическими проверками. 120 (7): 070501. arXiv:1612.05249. Bibcode:2018PhRvL.120g0501W. Дои:10.1103 / PhysRevLett.120.070501. PMID  29542978. S2CID  4005098.
  12. ^ Ко, Жан-Себастьен; Эсслер, Фабиан Х. Л. (18.06.2013). «Эволюция во времени локальных наблюдаемых после перехода к интегрируемой модели». Письма с физическими проверками. 110 (25): 257203. Дои: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. Дои:10.1038 / s41467-019-09757-у. ISSN  2041-1723. ЧВК  6465298. PMID  30988312.