MEAN-FIELD APPROXIMATION FOR THE ANYON GAS - Université Grenoble Alpes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

MEAN-FIELD APPROXIMATION FOR THE ANYON GAS

Approximation de champ moyen pour un gaz d'anyons

Résumé

This thesis is dedicated to the study of an anyon gas. We derive ground states effective models in the large number of particle limit. In two-dimensional space there are possibilities for quantum statistics continuously interpolating between the bosonic and the fermionic one. Quasi-particles obeying such intermediate statistics are called anyons. They can be described as ordinary bosons and fermions with interactions through long-range magnetic potentials, generated by magnetic charges carried by each particle. We study the almost-bosonic and almost-fermionic limit. Anyons are seen as usual bosons or fermions interacting through a magnetic potential whose strength converges to zero in the limit of large particle number. We obtain rigorous results for the convergence of their ground state energies and the associated minimizers to those of effective models. The ground state of almost-bosonic anyons converges to the infimum of a Hartree- like functionnal and its minimizers to a convex superposition of factorized pure states. The particles behave like independent, identically distributed bosons interacting via a self- consistent magnetic field. The proof is based on an information theoretic version of the quantum de Finetti theorem due to Brandão and Harrow combined with a Fock-space localisation technique. The ground state energy of almost-fermionic anyons converges to the infimum of a Thomas-Fermi energy and its minimizers to measures associated with the corresponding semi-classical problem. More precisely, the ground state of our Hamiltonian converges to that of a classical modified Vlasov energy whose minimization leads to the Thomas-Fermi functional. The Vlasov energy is endowed with a self-consistent magnetic field, a landmark of anyonic statistics. The ground state of the Vlasov energy displays anyonic behavior in its momentum distribution. The proof is based on coherent states, Husimi functions, the Diaconis-Freedman theorem and a quantitative version of a semi-classical Pauli pinciple.
Ce manuscrit est dédié à l’étude des gaz d’anyons. Il s’agit de dérivations rigoureuses d’énergies fondamentales de ces systèmes dans la limite de champs moyen, i.e quand le nombre de particule tend vers l’infini. Au sein des systèmes bi-dimensionnels le choix de la statistique des particules n’est pas limité à la dichotomie boson/fermion. Le paramètre statistique peut prendre n’importe quelle valeur entre 0 et 1 extrapolant entre bosons (paramètre statistique nul) et fermions (paramètre statistique égal à 1). Ces quasi-particules sont décrites comme d’authentiques fermions ou bosons interagissant via un potentiel magnétique longue portée généré par des charges magnétiques de rayon R que les particules transportent. En d’autres termes, nous ajoutons aux particules un tube de flux fictif de type Aharonov-Bohm. Nous avons donc affaire à un problème à N -corps où toutes les particules interagissent entre elles. Nous considérons de plus que les anyons sont piégés dans un potentiel V et soumis à un champ magnétique extérieur. Nous étudions ici deux limites appelées quasi-bosonique et quasi-fermionique où le paramètre statistique tend respectivement vers celui des bosons puis des fermions. Dans le premier cas le paramètre statistique est vu comme une perturbation du cas bosonique. Nous le prenons égal à 1/N . Le rayon R tend aussi vers zéro quand N tend vers l’infini. Notre méthode permet d’obtenir la convergence de l’énergie fondamentale de ces gaz ainsi que la convergence des états associés. Nous obtenons une énergie de Hartree. La validité de ce résultat dépend de la vitesse de convergence de R qui ne doit pas décroı̂tre trop vite. La discussion autour de la taille des anyons sera centrale dans le manuscrit. L’outil principal dans l’obtention du modèle effectif est la version du théorème de de Finetti de Brandão et Harrow combiné à une localisation dans l’espace de Fock. Dans le cas quasi-fermionique le paramètre statistique tend vers un. Nous travaillons donc sur une perturbation du cas fermionique. Cette fois-ci nous introduisons la constante de Planck que nous prenons proportionnelle à 1/N 1/2 pour nous trouver dans une limite semi-classique. Nous obtenons à la limite une énergie Thomas-Fermi. La validité de ces résultats est aussi tributaire d’une contrainte sur la taille des charges R. Nous utilisons les états cohérents et les fonctions de Husimi combinés au théorème de Diaconis-Freedman pour obtenir l’énergie effective. Le point central de la preuve est l’obtention d’un principe de Pauli quantitatif semi-classique.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03424016 , version 1 (10-11-2021)
tel-03424016 , version 2 (14-01-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03424016 , version 1

Citer

Théotime Girardot. MEAN-FIELD APPROXIMATION FOR THE ANYON GAS. Mathematics [math]. École doctorale de l'Université Grenoble Alpes, 2021. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03424016v1⟩
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