[論文レビュー] Fermi sea in a damped harmonic oscillator

Florian Marquardt, Dmitry S. Golubev|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2003

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、カールデイラ・レゲット模型を多フェルミオン系へ拡張し、バッド・ホルミオン・オシレータに結合するホルミオン・オシレータのバーストと結合するフェルミ海の系を考察する。ボソン化を用いてグリーン関数を計算し、余分な粒子の緩和および位相ずれを示し、一般の結合条件下で完全な熱平衡状態に達することを示す。

ABSTRACT

We analyze a model system of fermions in a harmonic oscillator potential under the influence of a fluctuating force generated by a bath of harmonic oscillators. This represents an extension of the well-known Caldeira-Leggett model to the case of many fermions. Using the method of bosonization, we calculate Green's functions and discuss relaxation and dephasing of a single extra particle added above the Fermi sea. We also extend our analysis to a more generic coupling between system and bath, that results in complete thermalization of the system.

研究の動機と目的

• 減衰するホルミオン・オシレータのバーストと結合するホルミオン・オシレータのポテンシャル下の多フェルミオン系をモデル化すること。
• 減衰を伴う状況下でフェルミ海の上に追加された1つの粒子のダイナミクスを調査すること。
• バーストとの結合がフェルミオン系における緩和および位相ずれをどのように引き起こすかを分析すること。
• 完全な熱平衡状態が得られるような一般の結合への分析を拡張すること。

提案手法

• 相互作用するフェルミオン系をボソン場理論に写像するためのボソン化の手法を適用する。
• 系-バースト結合の有効作用を導出し、バーストがフェルミオン自由度に与える影響を組み込む。
• ボソン化されたフレームワーク内でのケルディシュ形式を用いて、レティロードおよびアドバンスド・グリーン関数を計算する。
• 自己エネルギーの虚数部を用いて、余分な粒子の減衰および位相ずれ率を分析する。
• 系とバーストの一般の結合を検討し、完全な熱平衡状態が達成される条件を研究する。
• ケルディシュ・カーブを用いて、系内の非平衡ダイナミクスおよび緩和過程を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホルミオン・オシレータのバーストの存在が、フェルミ海の上に追加された1粒子の緩和および位相ずれにどのように影響するか。
• RQ2 ボソン化は、減衰する多フェルミオン系の非平衡ダイナミクスを記述する上で果たす役割は何か。
• RQ3 一般の系-バースト結合の下で、システムが完全な熱平衡状態に達する条件は何か。
• RQ4 このフェルミオン的モデルにおける散乱関数および自己エネルギーは、減衰の下でどのように変化するか。
• RQ5 余分な粒子のスペクトル関数における減衰およびデコherenceの兆候は何か。

主な発見

• ボソン化の手法は、減衰するフェルミ海の非平衡ダイナミクスを的確に捉え、グリーン関数の計算を可能にする。
• 余分な粒子は緩和および位相ずれを示し、減衰率は系-バースト結合およびフェルミ海の構造に依存する。
• 自己エネルギーの虚数部はエネルギーおよび運動量に非自明な依存性を示し、非一様なダイナミクスを示唆する。
• 一般の結合条件下では、スペクトル関数に熱的分布が現れるなど、システムが完全に熱平衡状態に達することが示される。
• 緩和過程はバーストのスペクトル密度に支配され、結合が強いほど熱平衡状態に速やかに達する。
• 分析により、フェルミ海が余分な粒子に対して有効なバーストとして機能し、効果的なデコherenceおよびエネルギー損失を引き起こすことが示された。