[论文解读] 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 1

一句话总结

本文通过研究耦合至谐振子浴的阻尼谐振子中的费米海，将Caldeira-Leggett模型扩展至多费米子系统。利用玻色化方法，计算了格林函数，并展示了额外粒子的弛豫与退相干，通用耦合下系统可实现完全热化。

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.

研究动机与目标

• 研究处于谐振子势中并受谐振子浴阻尼影响的多费米子系统。
• 研究在耗散存在下，向费米海之上添加单个额外粒子的动力学行为。
• 分析系统与浴耦合如何导致费米子系统中的弛豫与退相干。
• 将分析扩展至通用耦合，研究系统完全热化的条件。

提出的方法

• 应用玻色化方法，将相互作用的费米子系统映射为玻色场论。
• 推导系统-浴耦合的有效作用量，纳入浴对费米子自由度的影响。
• 在玻色化框架内，利用Keldysh形式计算出先进与滞后格林函数。
• 通过自能的虚部分析额外粒子的阻尼与退相干速率。
• 考虑系统与浴之间的通用耦合，研究完全热化发生的条件。
• 利用Keldysh轮廓计算系统中的非平衡动力学与弛豫过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 谐振子浴的存在如何影响添加至费米海之上的单个粒子的弛豫与退相干？
• RQ2 玻色化在描述阻尼多费米子系统的非平衡动力学中起到何种作用？
• RQ3 在何种条件下，通用系统-浴耦合可导致系统完全热化？
• RQ4 在此费米子模型中，格林函数与自能如何在阻尼作用下演化？
• RQ5 额外粒子谱函数中的阻尼与退相干特征表现为何种形式？

主要发现

• 玻色化方法成功捕捉了阻尼费米海的非平衡动力学，并实现了格林函数的计算。
• 额外粒子表现出弛豫与退相干，其阻尼率由系统-浴耦合及费米海结构决定。
• 自能的虚部显示出对能量与动量的非平凡依赖，表明存在非相干动力学。
• 在通用耦合下，系统实现完全热化，其证据为谱函数中出现热分布。
• 弛豫过程由浴的谱密度决定，耦合越强，热化越快。
• 分析表明，费米海对额外粒子起到浴的作用，导致有效退相干与能量损失。