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Ver el documento (formato PDF)   Rubio López, Adrián Ezequiel.  "Aspectos fuera del equilibrio en la física del efecto Casimir"  (2015-03-18)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
El objetivo principal de esta Tesis está centrado en el estudio de las fluctuaciones cuánticas de vacío y en particular del efecto Casimir para situaciones fuera del equilibrio. Para ello, en el presente trabajo se combinan, básicamente, dos métodos funcionales de gran poder: por una parte, se utiliza el formalismo de integrales de camino temporal cerrado (ó CTP de sus siglas en inglés) para el estudio de la evolución temporal de valores medios cuánticos; mientras que por otro lado, se incorpora el formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon como herramienta fundamental para el tratamiento de la dinámica de sistemas cuánticos abiertos. En una primera parte, se analizó una de las posibles formas de abordar el efecto Casimir en medios disipativos en un régimen estacionario y de equilibrio térmico, mediante un formalismo de cuantización canónica en el estado estacionario. En este punto, discutimos los posibles modelos físicos de permitividad de los medios materiales, conectando natural y necesariamente la teoría del movimiento Browniano cuántico al problema de la fuerza de Casimir con medios materiales reales. Luego, y como modelo más cercano al que representa el interés de la tesis, planteamos un problema de condiciones iniciales para un campo escalar en interacción con grados de libertad que representan a las principales propiedades de la materia. En este modelo, obtuvimos el régimen estacionario como el límite de tiempos largos, lo que nos llevó a una formulación conceptualmente correcta para la cuantización canónica en el límite estacionario. Posteriormente, extendimos el enfoque al caso del campo electromagnético. Logramos resolver las dificultades propias que impone un campo de gauge de tipo vectorial al momento de cuantizar, y ganamos generalidad en los modelos de medios materiales al poder representar materiales anisótropos (birrefringencia). Finalmente, a partir del formalismo desarrollado y de los modelos planteados, estudiamos el caso del efecto Casimir en su situación más realista: consideramos un campo electromagnético en interacción con materia en un contexto fuera del equilibrio. Abordamos el problema de dos placas paralelas semi-infinitas (problema de Lifshitz) de forma completa, estudiando al mismo tiempo varios de sus aspectos termodinámicos. Obtuvimos fórmulas analíticas exactas, demostrando que el estado estacionario de dicho escenario presenta dos contribuciones para la presión, una asociada a las condiciones iniciales del campo y la otra asociada a los baños térmicos que actúan de entorno sobre el material de las placas. Al mismo tiempo, la transferencia de calor (estudiada a través del vector de Poynting) presenta sólo una de las contribuciones, la asociada a los baños térmicos. Palabras claves: teoría de campos fuera del equilibrio - efecto Casimir - cuantización - sistemas cuánticos abiertos

Abstract:
The main objective of this thesis is focused on the study of quantum vacuum fluctuations, particularly the Casimir effect for non-equilibrium situations. Therefore, in this work we basically combine two functional methods of great power: on one hand, the closed time path formalism (CTP) to study the time evolution of the quantum expectation values; and, on the other hand, the Feynman-Vernon influence functional formalism as a fundamental tool for the treatment of open quantum systems dynamics. Firstly, we have analyzed one of the possible approaches to the Casimir effect in dissipative media at a steady situation of thermal equilibrium by using a canonical quantization formalism at steady states. At this point, we discussed the possible physical models of permittivity of the material, connecting naturally and necessarily the quantum Brownian motion theory to the problem of the Casimir force with real material boundaries. Then, as a closer model to represent the interest of the thesis, we propose an initial conditions problem for a scalar field interacting with degrees of freedom representing the main properties of matter. In this model, we obtained the steady state as the limit of long times, which led to a conceptually correct formulation for the canonical quantization in the stationary limit. Subsequently, we extended the approach to the case of the electromagnetic field. We were able to deal with the difficulties that impose a gauge vector-field at the moment of quantization, and we gain generality in the models represented with achieving the possibility of considering anisotropic material (birefringence). Finally, from the formalism developed and the proposed models, we studied the case of the Casimir effect in the most realistic situation: we considered an electromagnetic field interacting with matter in a nonequilibrium context. We address the problem of two semi-infinite parallel plates (Lifshitz problem) completely, also studying its thermodynamic aspects. We obtained exact analytical formulas, showing that the steady state of this scenario presents two contributions to the pressure, one associated to the initial conditions of the field and the other one associated with the thermal baths acting as environment over the material of the plates. At the same time, heat transfer (studied through the Poynting vector) has only one contribution, the one associated to the thermal baths. Keywords: non equilibrium quantum field theory - Casimir effect - quantization - open quantum systems

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Registro:
Título : Aspectos fuera del equilibrio en la física del efecto Casimir     =    Physical aspects of the non equilibrium Casimir effect
Autor : Rubio López, Adrián Ezequiel
Director : Lombardo, Fernando C.
Consejero : Caputo, Cristina
Jurados : Calzetta, Esteban  ; Santangelo, Eve M.  ; Scoccola, Norberto
Año : 2015-03-18
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física
Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5679_RubioLopez
Idioma : Español
Area Temática : Física / Teoría de Campos
Física / Física Cuántica
Palabras claves : TEORIA DE CAMPOS FUERA DEL EQUILIBRIO; EFECTO CASIMIR; CUANTIZACION; SISTEMAS CUANTICOS ABIERTOS; NON EQUILIBRIUM QUANTUM FIELD THEORY; CASIMIR EFFECT; QUANTIZATION; OPEN QUANTUM SYSTEMS
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