Termalisasi
Di fisika, termalisasi adalah proses pada benda fisik yang mencapai keseimbangan suhu melalui interaksi mutual. Secara umum, kecenderungan alami dari sebuah sistem adalah menuju keadaan ekuipartisi energi dan suhu seragam yang memaksimalkan entropi dari sistem tersebut. Termalisasi, keseimbangan suhu, dan suhu adalah konsep fundamental penting dalam mekanika statistika dan termodinamika. Kedua ilmu tersebut merupakan dasar dari rumpun ilmu spesifik tentang pemahaman ilmu pengetahuan dan aplikasi teknik.
Contoh dari temalisasi termasuk:
- tercapainya keseimbangan pada plasma;[1]
- proses yang dialami oleh neutron berenergi tinggi setelah mereka kehilangan energi oleh karena tabrakan dengan sebuah moderator;[2] dan
- proses emisi panas atau fonon oleh pembawa muatan pada sel surya, setelah foton yang melewati energi sela pita semikonduktor diserap.[3]
Hipotesis ini, yang menjadi dasar dari kebanyakan buku teks tentang mekanika statistika kuantum,[4] mengasumsikan bahwa sistem mengalami keseimbangan suhu atau termalisasi. Proses termalisasi menghapus memori lokal tentang kondisi awal. Hipotesis termalisasi eigenkeadaan adalah hipotesis tentang keadaan kuantum yang mengalami termalisasi dan mengapa.
Tidak semua keadaan kuantum mengalami termalisasi. Beberapa keadaan telah ditemukan tidak mengalami termalisasi, dan alasan mereka tidak mengalami hal ini masih belum diketahui hingga Maret 2019.
Sistem yang tidak mengalami termalisasi
suntingSistem klasik
suntingSecara umum, sistem klasik dengan perilaku tidak kacau tidak akan mengalami termalisasi. Sistem dengan banyak konstituen secara umum disebut kacau, tapi asumsi ini kadang gagal. Contoh kontra yang terkenal adalah masalah Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou, yang memperlihatkan pengulangan yang tidak terduga dan akan mengalami termalisasi setelah waktu yang lama.[5] Sistem tidak kacau yang dipertubasi oleh ketidaklinearan lemah tidak akan mengalami termalisasi untuk suatu kondisi awal dengan volume tidak nol pada ruang keadaan. Hal ini seperti yang disebutkan pada teorema KAM, meskipun ukuran dari set ini berkurang secara eksponensial seiring dengan jumlah derajat kebebasan.[6] Sistem terintegralkan benda-banyak, yang memiliki banyak kuantitas terkonservasi, tidak akan mengalami termalisasi dalam arti biasanya, tapi akan seimbang menurut rakitan Gibbs umum.[7][8]
Sistem kuantum
suntingBeberapa sistem kuantum yang menolak atau tidak mengalami termalisasi termasuk (lihat, misalnya, bekas kuantum):[9]
- Bekas kuantum konvensional,[10][11][12][13] yang merujuk pada eigenkeadaan dengan kemungkinan kerapatan yang ditingkatkan seiring dengan orbit periodik tak stabil yang jauh lebih tinggi dari satu yang dapat diprediksi secara intuitif dari mekanika klasik.
- Bekas kuantum yang diinduksi pertubasi,[14][15][16][17][18] yang memiliki mekanisme baru mendasar yang berasal dari efek keadaan hampir merosot yang terkombinasi dan pertubasi yang dilokalisasi secara spasial,[14][18] dan mereka dapat digunakan untuk menyebarkan paket gelombang kuantum dalam titik kuantum yang tidak teratur dengan ketepatan yang tinggi.[15]
- Bekas kuantum benda-banyak.
- Lokalisasi benda-banyak (Many-body localization, MBL),[19] sistem benda-banyak kuantum menyimpan memori keadaan awal mereka pada area lokal yang dapat diobservasi untuk suatu lama waktu.[20][21]
Sistem lain yang menolak atau tidak mengalami termalisasi dan dapat dipahami dengan lebih baik adalah sistem terintegralkan kuantum[22] dan sistem dengan simetri dinamis.[23]
Referensi
sunting- ^ "Collisions and Thermalization". sdphca.ucsd.edu. Diakses tanggal 14 Mei 2018.
- ^ "NRC: Glossary -- Thermalization". www.nrc.gov (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 14 Mei 2018.
- ^ Andersson, Olof; Kemerink, Martijn (Desember 2020). "Enhancing Open-Circuit Voltage in Gradient Organic Solar Cells by Rectifying Thermalization Losses". Solar RRL (dalam bahasa Inggris). 4 (12): 2000400. doi:10.1002/solr.202000400
. ISSN 2367-198X.
- ^ Sakurai JJ. 1985. Modern Quantum Mechanics. Menlo Park, CA: Benjamin/Cummings
- ^ The Fermi-Pasta-Ulam Problem - A Status Report. 728. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2008. doi:10.1007/978-3-540-72995-2. ISBN 978-3-540-72994-5.
- ^ Dumas, H. Scott (2014). The KAM Story – A Friendly Introduction to the Content, History, and Significance of Classical Kolmogorov–Arnold–Moser Theory. Hackensack, New Jersey: World Scientific Publishing Company Incorporated. ISBN 978-981-4556-58-3.
- ^ Doyon, Benjamin; Hübner, Friedrich; Yoshimura, Takato (17 Juni 2024). "New Classical Integrable Systems from Generalized TT-Deformations". Physical Review Letters. 132 (25). arXiv:2311.06369 . doi:10.1103/PhysRevLett.132.251602. ISSN 0031-9007.
- ^ Spohn, Herbert (2020). "Generalized Gibbs Ensembles of the Classical Toda Chain". Journal of Statistical Physics. 180 (1-6): 4–22. doi:10.1007/s10955-019-02320-5. ISSN 0022-4715.
- ^ "Quantum Scarring Appears to Defy Universe's Push for Disorder". Quanta Magazine. 20 Maret 2019. Diakses tanggal 24 Maret 2019.
- ^ Heller, Eric J. (15 Oktober 1984). "Bound-State Eigenfunctions of Classically Chaotic Hamiltonian Systems: Scars of Periodic Orbits". Physical Review Letters. 53 (16): 1515–1518. Bibcode:1984PhRvL..53.1515H. doi:10.1103/PhysRevLett.53.1515.
- ^ Kaplan, L (1 Januari 1999). "Scars in quantum chaotic wavefunctions". Nonlinearity (dalam bahasa Inggris). 12 (2): R1–R40. doi:10.1088/0951-7715/12/2/009. ISSN 0951-7715.
- ^ Kaplan, L.; Heller, E. J. (10 April 1998). "Linear and Nonlinear Theory of Eigenfunction Scars". Annals of Physics (dalam bahasa Inggris). 264 (2): 171–206. arXiv:chao-dyn/9809011 . Bibcode:1998AnPhy.264..171K. doi:10.1006/aphy.1997.5773. ISSN 0003-4916.
- ^ Heller, Eric (5 Juni 2018). The Semiclassical Way to Dynamics and Spectroscopy. Princeton University Press. ISBN 978-1-4008-9029-3. OCLC 1104876980.
- ^ a b Keski-Rahkonen, J.; Ruhanen, A.; Heller, E. J.; Räsänen, E. (21 November 2019). "Quantum Lissajous Scars". Physical Review Letters. 123 (21): 214101. arXiv:1911.09729 . Bibcode:2019PhRvL.123u4101K. doi:10.1103/PhysRevLett.123.214101. PMID 31809168.
- ^ a b Luukko, Perttu J. J.; Drury, Byron; Klales, Anna; Kaplan, Lev; Heller, Eric J.; Räsänen, Esa (28 November 2016). "Strong quantum scarring by local impurities". Scientific Reports (dalam bahasa Inggris). 6 (1): 37656. arXiv:1511.04198 . Bibcode:2016NatSR...637656L. doi:10.1038/srep37656. ISSN 2045-2322. PMC 5124902 . PMID 27892510.
- ^ Keski-Rahkonen, J.; Luukko, P. J. J.; Kaplan, L.; Heller, E. J.; Räsänen, E. (20 September 2017). "Controllable quantum scars in semiconductor quantum dots". Physical Review B. 96 (9): 094204. arXiv:1710.00585 . Bibcode:2017PhRvB..96i4204K. doi:10.1103/PhysRevB.96.094204.
- ^ Keski-Rahkonen, J; Luukko, P J J; Åberg, S; Räsänen, E (21 Januari 2019). "Effects of scarring on quantum chaos in disordered quantum wells". Journal of Physics: Condensed Matter (dalam bahasa Inggris). 31 (10): 105301. arXiv:1806.02598 . doi:10.1088/1361-648x/aaf9fb. ISSN 0953-8984. PMID 30566927.
- ^ a b Keski-Rahkonen, Joonas (2020). Quantum Chaos in Disordered Two-Dimensional Nanostructures (dalam bahasa Inggris). Tampere University. ISBN 978-952-03-1699-0.
- ^ Nandkishore, Rahul; Huse, David A.; Abanin, D. A.; Serbyn, M.; Papić, Z. (2015). "Many-Body Localization and Thermalization in Quantum Statistical Mechanics". Annual Review of Condensed Matter Physics. 6: 15–38. arXiv:1404.0686 . Bibcode:2015ARCMP...6...15N. doi:10.1146/annurev-conmatphys-031214-014726.
- ^ Choi, J.-y.; Hild, S.; Zeiher, J.; Schauss, P.; Rubio-Abadal, A.; Yefsah, T.; Khemani, V.; Huse, D. A.; Bloch, I.; Gross, C. (2016). "Exploring the many-body localization transition in two dimensions". Science. 352 (6293): 1547–1552. arXiv:1604.04178 . Bibcode:2016Sci...352.1547C. doi:10.1126/science.aaf8834. PMID 27339981.
- ^ Wei, Ken Xuan; Ramanathan, Chandrasekhar; Cappellaro, Paola (2018). "Exploring Localization in Nuclear Spin Chains". Physical Review Letters. 120 (7): 070501. arXiv:1612.05249 . Bibcode:2018PhRvL.120g0501W. doi:10.1103/PhysRevLett.120.070501. PMID 29542978.
- ^ Caux, Jean-Sébastien; Essler, Fabian H. L. (18 Juni 2013). "Time Evolution of Local Observables After Quenching to an Integrable Model". Physical Review Letters. 110 (25): 257203. arXiv:1301.3806 . doi:10.1103/PhysRevLett.110.257203 . PMID 23829756.
- ^ Buča, Berislav; Tindall, Joseph; Jaksch, Dieter (15 April 2019). "Non-stationary coherent quantum many-body dynamics through dissipation". Nature Communications (dalam bahasa Inggris). 10 (1): 1730. doi:10.1038/s41467-019-09757-y. ISSN 2041-1723. PMC 6465298 . PMID 30988312.
