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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38402| Tipo: | TCC |
| Título: | O papel das condições de fronteira na energia de vácuo: uma análise via métodos global e local |
| Autor(es): | Vasconcelos, Hugo Rodrigues |
| Orientador: | Mota, Herondy Francisco de Santana |
| Membro da Banca: | Formiga, Jansen Brasileiro |
| Membro da Banca: | Mello, Eugenio Ramos Bezerra de |
| Resumo: | Neste trabalho investigamos o efeito Casimir para um campo escalar real em (3 + 1) dimensões, considerando diferentes condições de contorno - Dirichlet, Neumann, mistas e quasi-periódicas. Foram analisadas duas metodologias distintas para o cálculo da energia de vácuo: a abordagem global, baseada na soma dos modos do campo, e a abordagem local, fundamentada no valor esperado do tensor energia-momento. Mostramos que, no caso de placas paralelas infinitas, as duas abordagens não são equivalentes, devido à não comutatividade entre a soma nos modos e a integração espacial. Nesse cenário, a energia obtida pelo método local apresenta divergências junto às superfícies, enquanto a abordagem global, após regularização via função zeta e subsequente renormalização, fornece resultados finitos e consistentes com a literatura. Já no caso quasi-periódico, em que não há fronteiras físicas, as duas metodologias coincidem exatamente, evidenciando que a discrepância decorre da quebra de simetria de translação causada pelas condições de contorno. Utilizamos a função de Wightman e o formalismo do tensor energia-momento para obter expressões unificadas que descrevem ambos os cenários. Para o caso massivo, demonstramos o decaimento exponencial da energia de vácuo no limite de massa grande, inclusive recuperando os resultados conhecidos para o campo não-massivo. A força de vácuo por unidade de área foi calculada para todas as configurações, mostrando-se atrativa ou repulsiva dependendo das condições de contorno e do parâmetro de fase no caso quasi- periódico. Os resultados destacam a relevância das condições de fronteira na determinação da energia de vácuo e apontam caminhos para extensões futuras, como a análise de outros campos quânticos (eletromagnético e fermiônico), a inclusão de efeitos térmicos, o estudo de geometrias e topologias não triviais e também investigações sobre acoplamento não mínimo com a curvatura. Este trabalho contribui para a compreensão fundamental das propriedades do vácuo quântico em espaços confinados e compactificados, estabelecendo pontes entre formalismos globais e locais no cálculo de efeitos de campo quântico. |
| Abstract: | This work investigates the Casimir effect for a real scalar field in (3+1) dimensions, considering different boundary conditions - Dirichlet, Neumann, mixed, and quasi-periodic. Two distinct methodologies for calculating the vacuum energy are analyzed: the global approach, based on the sum over the field modes, and the local approach, founded on the expectation value of the energy-momentum tensor. We demonstrate that, in the case of infinite parallel plates, the two approaches are not equivalent due to the non-commutativity between the mode summation and spatial integration. In this scenario, the energy obtained by the local method exhibits divergences near the surfaces, while the global approach, after zeta function regularization and subsequent renormalization, yields finite results consistent with the literature. In contrast, for the quasi-periodic case where there are no physical boundaries, the two methodologies coincide exactly, indicating that the discrepancy stems from the translational symmetry breaking caused by the boundary conditions. Using the Wightman function and the energy-momentum tensor formalism, we derive unified expressions that describe both scenarios. For the massive case, we demonstrate the exponential decay of the vacuum energy in the large-mass limit, also recovering known results for the massless field. The Casimir force per unit area is calculated for all configurations, showing attractive or repulsive behavior depending on the boundary conditions and the phase parameter in the quasi-periodic case. The results underscore the relevance of boundary conditions in determining the vacuum energy and suggest directions for future extensions, such as the analysis of other quantum fields (electromagnetic and fermionic), the inclusion of thermal effects, the study of non- trivial geometries and topologies, and also investigations into non-minimal coupling with curvature. This work contributes to the fundamental understanding of quantum vacuum properties in confined and compactified spaces, establishing connections between global and local formalisms in quantum field theory calculations. |
| Palavras-chave: | Efeito Casimir Energia de vácuo Campo escalar Regularização Zeta Tensor energia-momento Condições de contorno |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Física |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38402 |
| Data do documento: | 3-Out-2025 |
| Aparece nas coleções: | TCC - Física |
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