Opérateur hamiltonien

Résumé

L’opérateur de Hamilton, opérateur hamiltonien ou tout simplement hamiltonien est un opérateur mathématique possédant de nombreuses applications dans divers domaines de la physique. D'après Jérôme Pérez, l'opérateur hamiltonien a été développé en 1811 par Joseph-Louis Lagrange alors qu'Hamilton n'avait que 6 ans. Lagrange a explicitement écrit : \mathcal{H} = T + V formule dans laquelle \mathcal{H} faisait référence à Christiaan Huygens et qu'il aurait appelé Huygensien. Ce n'est que par la suite que l'opérateur a été dénommé Hamiltonien par référence à la mécanique hamiltonienne, développée par Sir William Rowan Hamilton lorsque celui-ci a reformulé les lois de la mécanique newtonienne. Bien que le formalisme hamiltonien ne soit pas aussi bien adapté que le formalisme lagrangien à la description des symétries d'un système physique, il est tout de même largement utilisé par la mécanique classique, la physique statistique et la mécanique quantique.

Source officielle

https://fr.wikipedia.org/wiki/Op%C3%A9rateur_hamiltonien

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The research program of Stochastic Deformation (with a view toward Geometric Mechanics)

This is an overview of a program of stochastic deformation of the mathematical tools of classical mechanics, in the Lagrangian and Hamiltonian approaches. It can also be regarded as a stochastic version of Geometric Mechanics.The main idea is to construct well defined probability measures strongly inspired by Feynman Path integral method in Quantum Mechanics. In contrast with other approaches, this deformation preserves the invariance under time reversal of the underlying classical (conservative) dynamical systems.

2012

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Time-evolution of local information: Thermalization dynamics of local observables

Loïc Jean Pierre Herviou

Quantum many-body dynamics generically result in increasing entanglement that eventually leads to thermalization of local observables. This makes the exact description of the dynamics complex despite the apparent simplicity of (high-temperature) thermal states. For accurate but approximate simulations one needs a way to keep track of essential (quantum) information while discarding inessential one. To this end, we first introduce the concept of the information lattice, which supplements the physical spatial lattice with an additional dimension and where a local Hamiltonian gives rise to well-defined locally conserved von Neumann information current. This provides a convenient and insightful way of capturing the flow, through time and space, of information during quantum time-evolution, and gives a distinct signature of when local degrees of freedom decouple from long-range entanglement. As an example, we describe such de-coupling of local degrees of freedom for the mixed-field transverse Ising model. Building on this, we secondly construct algorithms to time-evolve sets of local density matrices without any reference to a global state. With the notion of information currents, we motivate algorithms based on the intuition that information for statistical reasons flows from small to large scales. Using this guiding principle, we construct an algorithm that, at worst, shows two-digit convergence in time-evolutions up to very late times for diffusion process governed by the mixed-field transverse Ising Hamiltonian. While we focus on dynamics in 1D with nearest-neighbor Hamiltonians, the algorithms do not essentially rely on these assumptions and can in principle be generalized to higher dimensions and more complicated Hamiltonians.

SCIPOST FOUNDATION2022

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Ground state properties of large atoms and quantum dots

Rico Rueedi

We investigate the ground state properties of large atoms and quantum dots described by a d-dimensional N-body Hamiltonian of confinement ZV. In atoms, d = 3 and V is the Coulomb interaction; in dots, d = 2 and V is phenomenologically determined. We express the grand-canonical partition function in a path integral approach, and evaluate its expansion in Z-1. The problem can be seen as that of field theory possessing a saddle point. This saddle point results in a mean-field contribution to the energy, while the fluctuations result in the correlation energy. The mean-field contribution to the energy is self-consistently determined by the Hartree potential and contains an exchange term. Its smooth contribution is evaluated by a semiclassical method, with ε = Z-1/d in the role of ℏ, while its oscillating contribution can be related to the periodic orbits in the corresponding classical Hamiltonian. In the case of atoms, the leading order in ε of the correlation energy contains a term in Z ln Z1/3, which is essential in reproducing the behaviour shown by reference values, and a term in Z. While we have evaluated the contribution to the Z-term provided by the leading fluctuation order, the numerical evaluation of the contributions provided by higher order fluctuations remains an open problem. The self-consistent contribution to the energy corresponds to the statistical atom, composed of Thomas-Fermi and its corrections, comprehensively analysed, including oscillations, by Schwinger and Englert. In the case of dots, the leading order in ε of the correlation energy is a universal contribution of order Z, which we obtain in closed form. We then determine the expansion in ε of the smooth contributions down to this correlation order. We apply the approach to dots of quadratic and quartic confinement, including the oscillating contribution in the case of a chaotic quartic confinement.

EPFL2009

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