RICERCA ITALIANA     

Fisica Statistica dei Sistemi Fortemente Correlati all'Equilibrio e Fuori Equilibrio: Risultati Esatti e Metodi di Teoria dei Campi

Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste

Abstract

Il progetto si propone di intraprendere un'attivita' di ricerca interdisciplinare su temi di fisica statistica, di teoria dei campi e di materia condensata. Lo scopo e' quello di sviluppare nuovi strumenti teorici e di applicarli ad alcune questioni fondamentali che si incontrano nella moderna trattazione dei sistemi in bassa dimensione, degli elettroni altamente correlati, dei sistemi di spin e dei liquidi quantistici, nel campo delle fasi topologiche della materia, dei modelli statistici su reticolo e delle teorie di campo, nei sistemi con interazioni a lungo raggio, nell'ordinamento di fase e nei processi di invecchiamento e di memoria.

Un tema importante e' quello delle transizioni di fase quantistiche, corrispondenti ad un cambiamento dello stato fondamentale a temperatura zero. Numerosi dati sperimentali nei sistemi metallici, magnetici e nei condensati di Bose Einstein, mostrano una nuova fisica fondamentale nelle vicinanze di queste transizioni. Le transizioni del secondo ordine danno luogo a fenomeni di criticalita' quantistica e a varie forme di entanglement. Benche' i punti critici quantistici siano a temperatura nulla, c’e’ un’ampia regione di temperatura finita in cui si osservano dei nuovi fenomeni. Progettiamo di studiare in grande dettaglio, per mezzo di strumenti teorici e numerici, le proprieta' termodinamiche d'equilibrio e quelle fuori equilibrio di questi sistemi quantistici.

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Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giuseppe Mussardo Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di TRIESTE

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo del progetto e’ quello di far uso di nuovi metodi interdisciplinari per affrontare una classe di problemi che nascono nell’ambito dei sistemi fortemente correlati e delle teorie dei campi quantistici, quali l’entanglement quantistico, le fasi topologiche della materia e la computazione topologica, i modelli esattamente risolubili in meccanica statistica e i sistemi fuori l’equilibrio. Allo stesso tempo, affronteremo alcune questioni metodologiche della fisica statistica come, ad esempio, le proprieta’ ergodiche e l’inequivalenza dei diversi ensembles in presenza di forze a lungo raggio, e la relazione tra proprieta’ fuori e all’equilibrio di sistemi sia classici che quantistici.

I sistemi fortemente correlati e le transizioni di fase quantistiche sono caratterizzati dalla bassa dimensionalita’ dei sistemi. Questo e’ un aspetto fondamentale, poiche’ permette di usare una serie di tecniche esatte introdotte in campi diversi della fisica, quali ad esempio la teoria dei campi o i sistemi esattamente risolubili, che hanno modo quindi di avere oggi giorno una rilevanza sperimentale. Tra questi metodi, e’ importante menzionare: le teorie invarianti conformi (CFT), che forniscono un numero enorme di teorie con eccitazioni a massa nulla esattamente risolubili; le teorie di campo integrabili a spettro massivo, che possono essere risolte grazie a metodi di matrice S e dei Fattori di Forma, questi ultimi particolarmente importanti per il calcolo dei >>>

Risultati parziali attesi

1. Il progetto si prefigge di promuovere la ricerca in campi di punta della fisica statistica e della fisica teorica, ottenendo una serie di nuovi risultati su temi che riguardano i sistemi fortemente correlati, i sistemi in bassa dimensionalita, i processi fuori equilibrio e i fenomeni quantistici. Al di la’ del loro intrinseco interesse scientifico, come vedremo nel seguito, questi campi presentano un’alta potenzialita’ tecnologica ed hanno un impatto diretto sulla fisica sperimentale.

Il progetto, inoltre, intende promuovere una attivita’ di formazione delle giovani generazioni di ricercatori, educandoli ad essere perfettamente a loro agio sia sugli aspetti teorici che numerici dei vari temi, cosi’ come sugli aspetti sperimentali. Questo obiettivo del progetto puo’ avere delle importanti ricadute, sia nel promuovere la qualita’ accademica che nell’ampliare le possibilita’ occupazionali dei giovani ricercatori.

2. Al livello piu’ generale, il risultato piu’ importante di questo progetto e’ lo sviluppo di un’attivita’ scientifica che supera le usuali barriere che esistono tra le varie discipline: idee valide sono state spesso introdotte sia nel campo della fisica delle particelle elementari che in quello della materia condensata e, in passato, si sarebbe potuto guadagnare del tempo utile se questi progressi fossero state conosciuti in maniera piu’ ampia. Esempi classici sono quelli relativi alla scoperta del Gruppo di Rinormalizzazione nel >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La Fisica Statistica e’ una delle aree piu’ significative della scienza moderna. Questo e’ campo dalle profonde radici interdisciplinari, fonte di ispirazioni e di nuove idee per molti campi scientifici: l’uso crescente dei suoi metodi in fisica teorica, materia condensata e matematica – solo per citare tre importanti ma distinte aree scientifiche – dimostra chiaramente l’importanza di questa disciplina. Come si evidenziera’ dalla discussione che segue, c’e’ un notevole arricchimento reciproco tra le aree dei sistemi fortemente correlati, la teoria dei campi quantistici, i modelli esattamente risolubili della meccanica statistica e i sistemi fuori l’equilibrio, ovvero tutti i temi rilevanti per questa proposta.

Prima di fare una rassegna di questi argomenti, e’ importante sottolineare la collaborazione di lungo termine che lega le diverse Unita’ di questa proposta: oltre ad un certo numero di lavori comuni negli ultimi anni, molti ricercatori delle diverse sedi hanno organizzato una serie di attivita’ internazionali comuni, quali conferenze, scuole estive, brevi workshops e serie di lezioni. Tra questi, vorremmo menzionare una conferenza recente a Perugia (conferenza satellite della Conferenza Internazionale di Fisica Statistica tenuta a Genova, Luglio 2007) e il programma esteso di due mesi al Galileo Galilei Institute di Firenze, che avra’ luogo nell’autunno 2008.

Conviene cominciare la nostra esposizione partendo dai sistemi fortemente >>>