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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32089
Tipo: Tese
Título: Contribuições ao estudo do Movimento Browniano Quântico induzido por flutuações quânticas de vácuo em teorias escalares
Autor(es): Ferreira, Éwerton Jéferson Barbosa
Primeiro Orientador: Mota, Herondy Francisco Santana
Resumo: Segundo a Teoria Quântica de Campos, a matéria e suas interações são descritas por estruturas fundamentais denominadas de campos, os quais permeiam todo o Universo. Uma característica fundamental dos campos quânticos é que estes sempre flutuam. Nesse sentido, os conceitos de vácuo de acordo com as perspectivas clássica e da teoria quântica de campos são totalmente distintos. A primeira associa o vácuo a um estado de completo vazio. Por outro lado, o segundo ponto de vista, sugere que, na verdade, o vácuo (quântico) corresponde a uma estrutura caótica, em constante agitação e preenchido pelas flutuações quânticas de vácuo, decorrentes da criação e aniquilação de partículas virtuais. A real existência destas flutuações é um fato bem estabelecido. Sabe-se que as mesmas dão origem a fenômenos físicos, como os contemporâneos efeito Casimir e desvio de Lamb. Outro efeito, mais recente, é o movimento estocástico que partículas pontuais podem adquirir por influência destas flutuações quânticas de vácuo dos campos (ex. eletromagnético ou escalar). Esse fenômeno é conhecido na literatura como Movimento Browniano Quântico ou Movimento Browniano Quântico induzido (MBQI), em alusão ao Movimento Browniano clássico que uma partícula executa, quando se encontra suspensa em um fluido com temperatura finita. Esse é o tema central da presente tese. Após uma breve revisão sobre o formalismo necessário e os cálculos antecipados das funções de Wightman de frequência positiva, estudamos o MBQI em três cenários distintos. Seguindo uma abordagem a la Langevin, na primeira parte do trabalho, calculamos a dispersão de velocidades de uma partícula em um condensado de Bose-Einstein com desclinação, que simula o vácuo de um universo em expansão de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) com a presença de uma corda cósmica. De maneira geral, diferente do que se encontra na literatura, observamos anisotropias nas dispersões de velocidades por influência da desclinação. No segundo cenário, estudamos as influências de dois mecanismos de confinamento unidimensional sobre o MBQI de uma partícula acoplada a um campo escalar sem massa no espaço-tempo de Minkowski. No primeiro caso, visando complementar (e transcender) um paralelo observado na literatura, entre o MBQI por campo eletromagnético e escalar, investigamos o MBQI de uma partícula na presença de dois planos perfeitamente refletores sob condições de Dirichlet, Neumann e Mistas. No segundo caso estudamos os efeitos de uma compactificação unidimensional com condição quasiperiódica. Em cada situação as dispersões de velocidades e posição são calculadas, observando-se a existência de anisotropias e que o parâmetro associado ao confinamento (distância entre as placas e comprimento da compactificação) serve como uma escala natural para o sistema. Por último, analisamos o MBQI de uma partícula acoplada a um campo escalar sem massa em um espaço-tempo curvo. Tendo em vista as dificuldades técnicas, consideramos o universo de Einstein, uma versão simplificada de espaço-tempo curvo, que corresponde ao universo estático de FLRW com constante de curvatura positiva. Nesse último estudo, todas as componentes da dispersão para o momento físico, assim como para os comprimentos físicos, são iguais, indicando uma manifestação das propriedades de isotropia e homogeneidade do modelo de universo.
Abstract: According to Quantum Field Theory, matter and its interactions are described by fundamental structures called fields, which permeate the entire Universe. A fundamental characteristic of quantum fields is that they always fluctuate. In this sense, the concepts of vacuum according to the classical and quantum field theory perspectives is totally different. The first associates the vacuum with a state of complete emptiness. On the other hand, the second viewpoint suggests that, in fact, the (quantum) vacuum corresponds to a chaotic structure, in constant agitation and filled by quantum vacuum fluctuations, resulting from the creation and annihilation of virtual particles. The real existence of these fluctuations is a well-established fact. It is known that they give rise a physical phenomena, such as the Casimir effect and Lamb shift. Another, more recent, effect is the stochastic motion that point particles can obtain due to the influence of these quantum vacuum fluctuations of the fields (e.g. electromagnetic and scalar). This phenomenon is known in the literature as quantum Brownian motion or induced quantum Brownian motion (IQBM), in reference to the classical Brownian Motion that a particle performs, when it is suspended in a fluid with a finite temperature. This is the central theme of this thesis. After a brief review of the necessary formalism and previous calculations of the positive frequency Wightman functions, we study the IQBM in three different scenarios. Following a a la Langevin approach, in the first part of the work, we calculate the velocity dispersion of a particle in a Bose-Einstein condensate with disclination, which simulates the vacuum of an expanding universe of Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) with the presence of a cosmic string. In general, unlike what is found in the literature, we observe anisotropies in the velocity dispersions due to the influence of disclination. In the second scenario, we study the influences of two one-dimensional confinement mechanisms on the IQBM of a particle coupled to a massless scalar field in Minkowski spacetime. In the first case, aiming complement (and transcend) a parallel observed in the literature, between the IQBM by electromagnetic and scalar fields, we investigated the IQBM of a particle in the presence of two perfectly reflecting planes under Dirichlet, Neumann and mixed conditions. In the second case, we study the effects of a one-dimensional compactification with a quasiperiodic condition. In each situation, the velocity and positions dispersions are calculated, observing the existence of anisotropies and that the parameter related to confinement (distance between planes and compactification lengh) works as a natural scale for the system. Finally, we analyze the IQBM of a particle coupled to a massless scalar field in a curved spacetime. In view of technical difficulties, we consider Einstein’s universe, a simplified version of curved spacetime, which corresponds to the static FLRW universe with positive curvature constant. In this latest study, all dispersion components for the physical momentum, as well as for the physical lengths, are equal, indicating a manifestation of the isotropy and homogeneity properties of the universe model.
Palavras-chave: Teoria quântica
Flutuações quânticas
Vácuo quântico
Função de Wightman
Movimento Browniano quântico
Movimento browniano quântico induzido
Quantum theory
Quantum fluctuations
Quantum vacuum
Wightman function
Quantum brownian motion
Induced quantum brownian motion
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Física
Programa: Programa de Pós-Graduação em Física
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32089
Data do documento: 26-Fev-2024
Aparece nas coleções:Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Física

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