Avaliação de aproximações variacionais

Abstract

Resumo: No formalismo de Feynman na mecânica estatística quântica, a função partição pode ser representada como uma integral de caminho. O método variacional proposto recentemente por Feynman e Kleinert permite transformar a integral de caminho numa integral no espaço de fase. no qual as flutuações quânticas são consideradas introduzindo potencial clássico efetivo. Este método foi testado com sucesso para potenciais suaves e para o potencial com a singularidade delta de Dirac. Nesta dissertação, nos aplicamos o método para potenciais com singularidade forte :(a) um potencial quadrático e (b) um potencial linear, ambos com uma parede rígida na origem. Para que a densidade de probabilidade seja zero na origem, introduzimos o método de Feynman-Kleinert adaptado. Primeiro obtivemos o potencial clássico efetivo analiticamente e avaliamos os potenciais clássicos efetivos, energias livres { ou funções partições ) e densidades de probabilidades numericamente. Por ultimo comparamos nossos resultados com os exatos, os de Feynman-Kleinert e os semi-clássicos. Nossos resultados são bons para osciladores com baixas frequências angulares e potenciais lineares fracos, mesmo para baixas temperaturas. Para osciladores com frequências angulares altas e potenciais lineares fortes, os resultados são válidos somente a temperaturas mais altas ( beta menor ou igual 1).

Abstract: In Feynman's approach to quantum statistical mechanics, the partition function can be represented as a path integral. A recently proposed variational method of Feynmam-Kleinert is able to transformed the path integral into an integral in phase space, in which the quantum fluctuations have been taken care of by introducing the effective classical potentential. This method has been tested with succeed for the smooth potentials and for the singular potential of delta. In this dissertation, we apply the method to the strong singular potentials: (a) a quadratic potential and (b) a linear potential both with a rigid wall at the origin. By satisfying the density of the particle be vanish at the origin, we introduce an adaptated method of Feynman-Kleinert in order to improve the method. We first obtain the effective classical potential analytictly and then evaluate effective classical potentials, free energies (or partition functions) and the densities of particle numerically. Finally we compare our results with those of exact, Feynman- Kleinert and semi- classical. Our results are good for lower angular frequency of oscillator and for weak linear potential even at lower temperatures. For higher angular frequency of oscillator and for strong linear potential, our results are valid only in higher temperature (up to beta greather than or equal to 1).