Robuustheid van kwantummechanica onder verstoringen onderzocht

In tegenstelling tot het domein van de klassieke mechanica, bestaat er voor de kwantummechanica geen eenduidig antwoord op de fundamentele vraag in hoeverre de dynamische eigenschappen van een systeem veranderen als gevolg van een verstoring.

In het artikel ‘Nonergodicity in the anisotropic Dicke model’ Physical Review Letters, worden nieuwe aanwijzingen voor het bestaan van een kwantummechanisch equivalent van de KAM-stelling gepresenteerd. In dit artikel bestuderen de auteurs de robuustheid van een specifiek kwantummechanisch model, het zogeheten Dickemodel, tegen verstoringen. Dit model wordt veelvuldig gebruikt om de interactie tussen licht en materie te beschrijven én om het verband tussen klassiek- en kwantum-chaotisch gedrag in kaart te brengen.

Gedrag van het Dickemodel onder twee verstoringen met parameters g1 en g2. Pas bij voldoende grote waarden van deze parameters wordt het model chaotisch. (afb.: Buijsman/Gritsev/Sprik)

Kwantum-KAM-stelling

Het onderzoek aan het Dickemodel is gebaseerd op de masterscriptie van Wouter Buijsman. Buijsman, die inmiddels PhD-student is bij het Delta Institute for Theoretical Physics, deed het onderzoek samen met zijn begeleiders Vladimir Gritsev en Rudolf Sprik. De onderzoekers laten zien dat, net als in de klassieke mechanica, het systeem pas kwantum-chaotisch gedrag vertoont voor voldoende sterke verstoringen. Deze observatie vormt een nieuwe aanwijzing voor het bestaan van een kwantummechanisch equivalent van de KAM-stelling. De onderzoekers zijn blij met het resultaat en hopen dat deze aanwijzing navolging zal vinden in toekomstig onderzoek.

Non-ergodicity in the Anisotropic Dicke model, W. Buijsman, V. Gritsev en R. Sprik, Physics Review Letters