Quantum manifestations of the adiabatic chaos of perturbed susperintegrable Hamiltonian systems

par Daniele Fontanari

Thèse de doctorat en Mathématiques. Physique Mathématique

Sous la direction de Dimitrií Sadovskií et de Francesco Fassò.

Soutenue le 25-11-2013

à Littoral en cotutelle avec l'Università degli studi (Padoue, Italie) , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord) , en partenariat avec Laboratoire de physico-chimie de l'atmosphère (Dunkerque, Nord) (laboratoire) et de Laboratoire de Mathématiques Pures et Appliquées Joseph Liouville / LMPA (laboratoire) .

Le président du jury était Boris Zhilinskii.

Le jury était composé de Giancarlo Benettin.

  • Titre traduit

    Manifestations quantiques du chaos adiabatique de systèmes hamiltoniens superintégrables perturbées


  • Résumé

    Dans cette thèse nous étudions un système quantique, obtenu comme un analogue d'un système classique superintégrable perturbé au moyen de la quantification géométrique. Notre objectif est de mettre en évidence la présence des phénomènes analogues à ceux qui caractérisent la superintégrabilité classique, notamment la coexistence des mouvements réguliers et chaotiques liés aux effets des résonances ainsi que la régularité du régime non-résonant. L'analyse est effectuée par l'étude des distributions du Husimi des états quantiques sélectionnés, avec une attention particulière aux états stationnaires et à l'évolution des états cohérents. Les calculs sont effectués en utilisant les méthodes numériques et les méthodes perturbatives. Les calculs sont effectués en utilisant les méthodes numériques et les méthodes perturbatives. Bien que cette thèse devrait être considérée comme une étude préliminaire, dont l'objectif est de créer le socle des études futures, nos résultats donnent des indications intéressantes sur la dynamique quantique. Par exemple, il est démontré comment les résonancees classiques exercent une influence considérable sur le spectre du système quantique et comment il est possible, dans le comportement quantique, de trouver une trace de l'invariant adiabatique dans le régime de résonance.


  • Résumé

    The abundance, among physical models, of perturbations of superintegrable Hamiltonian systems makes the understanding of their long-term dynamics an important research topic. While from the classical standpoint the situation, at least in many important cases, is well understood through the use of Nekhoroshev stability theorem and of the adiabatic invariants theory, in the quantum framework there is, on the contrary, a lack of precise results. The purpose of this thesis is to study a perturbed superintegrable quantum system, obtained from a classical counterpart by means of geometric quantization, in order to highlight the presence of indicators of superintegrability analogues to the ones that characterize the classical system, such as the coexistence of regular motions with chaotic one, due to the effects of resonances, opposed to the regularity in the non resonant regime. The analysis is carried out by studying the Husimi distributions of chosen quantum states, with particular emphasis on stationary states and evolved coherent states. The computation are performed using both numerical methods and perturbative schemes. Although this should be considered a preliminary work, the purpose of which is to lay the fundations for future investigations, the results obtained here give interesting insights into quantum dynamics. For instance, it is shown how classical resonances exert a considerable influence on the spectrum of the quantum system and how it is possible, in the quantum behaviour, to find a trace of the classical adiabatic invariance in the resonance regime.


  • Résumé

    L'abbondanza, fra i modelli fisici, di perturbazioni di sistemi Hamiltoniani superintegrabili rende la comprensione della loro dinamica per tempi lunghi un importante argomento diricerca. Mentre dal punto di vista classico la situazione, perlomeno in molti case importanti, è ben compresa grazie all'uso del teorema di stabilità di Nekhoroshev e della teoria degli invariantiadiabatici, nel caso quantistico vi è, al contrario, una mancanza di risultati precisi. L'obiettivo di questa tesi è di studiare un sistema superintegrabile quantistico, ottenuto partendo da un corrispettivo classico tramite quantizzazione geometrica, al fine di evidenziare la presenza di indicatori di supertintegrabilità analoghi a quelliche caratterizzano il sistema classico, come la coesistenza di moti regolari e caotici, dovuta all'effetto delle risonanze, in contrapposizione con la regolarità nel regime non risonante. L'analisi è condotta studiando le distribuzioni di Husimi di stati quantistici scelti, con particolare enfasi posta sugli stati stazionari e sugli stati coerenti evoluti. I calcoli sono effettuati sia utilizzando tecniche numeriche che schemi perturbativi. Pur essendo da considerardi questo un lavoro preliminare, il cui compito è di porre le fondamenta per analisi future, i risultati qui ottenuti offrono interessanti spunti sulla dinamica quantistica. Per esempio è mostrato come le risonanze classiche abbiano un chiaro effeto sullo spettro del sistema quantistico, ed inoltre comesia possibile trovare una traccia, nel comportamento quantistico, dell'invarianza adiabatica classica nel regime risonante.


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