Irreversibilidade e correlações quânticas

Resumo

Irreversibilidade constitui um dos conceitos mais enigmáticos da termodinâmica. As leis de movimento, como por exemplo as leis de Newton ou as equações de Schrödinger, são todas invariantes por reversão temporal. No entanto, quando lidamos com objetos macroscópicos, observamos que seu comportamento é irreversível. A solução deste paradoxo vem da interpretação da irreversibilidade como um conceito emergente, que surge da complexa interação entre um número enorme de partículas. Entender esta transição entre o micro e o macro constitui uma das tarefas mais importantes atualmente na física. Neste projeto propomos relacionar o conceito de irreversibilidade com a correlação entre sistemas quânticos. Sabemos das leis da mecânica quântica que quando dois sistemas interagem, eles se tornam emaranhados (ou seja, correlacionados). No entanto, se um dos sistemas for suficientemente grande, é possível que este emaranhamento nunca seja recuperado. Do ponto de vista microscópico é esta perda de correlação que causa o surgimento de uma dinâmica irreversível. Propomos estudar este problema através do modelo de spin-bóson, que é analiticamente solúvel. Estudaremos, em particular, o caso onde a componente bosônica possui um grau de compressão (squeezing), permitindo que estudemos o papel das flutuações quânticos no caso de estados puros. Este projeto lida com resultados que estão na fronteira do conhecimento mas que, ao mesmo tempo, são acessíveis para um aluno de graduação. Esperamos que os resultados que buscamos obter ajudem a esclarecer conceitos importantes no campo da termodinâmica quântica de sistemas abertos. (AU)