Главная » Просмотр файлов » Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006

Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (523104), страница 71

Файл №523104 Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006) 71 страницаKleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (523104) страница 712013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 71)

It is then easy to calculate the effective classicalBoltzmann factor for the Hamiltonian [recall (2.665)]H(p, x) =M1 2 M 2 2p + ω⊥ x⊥ (τ ) + ωk2 z 2 (τ ) + ωB lz (p(τ ), x(τ )),2M22(3.825)where lz (p, x) is the z-component of the angular momentum defined in Eq. (2.623).We have shifted the center of momentum integration to p0 , for later convenience(see Subsection 5.11.2). The vector x⊥ = (x, y) denotes the orthogonal part of x. Asin the generalized magnetic field action (2.665), we have chosen different frequenciesin front of the harmonic oscillator potential and of the term proportional to lz , forgenerality.

The effective classical Boltzmann factor follows immediately from (2.679)by “undoing” the momentum integrations in px , py , and using (3.824) for the motionin the z-direction:h̄βωk /2h̄βω− /2h̄βω+ /2e−βH(p0 ,x0 ),sinh h̄βω+ /2 sinh h̄βω− /2 sinh h̄βωk /2(3.826)where ω± ≡ ωB ± ω⊥ , as in (2.675). As in Eq. (3.820), the restrictions of the pathintegrals over x and p to the fixed averages x0 = x̄ and p0 = p̄ give rise to the extranumerators in comparison to (2.679).B(p0 , x0 )= e−βH3.25.3eff cl (p0 ,x0 )= le3 (h̄β)High- and Low-Temperature BehaviorWe have remarked before in Eq.

(3.809) that in the limit T → ∞, the effectiveclassical potential V eff cl (x0 ) converges by construction against the initial potentialV (x0 ). There exists, in fact, a well-defined power series in h̄ω/kB T which describesH. Kleinert, PATH INTEGRALS3313.25 Effective Classical Potentialthis approach. Let us study this limit explicitly for the effective classical potentialof the harmonic oscillator calculated in (3.820), after rewriting it assinh(h̄ω/2kB T ) M 2 2+ ω x0(3.827)h̄ω/2kB T2"#M 2 2 h̄ωh̄ω−h̄ω/kB T=ω x0 ++ kB T log(1 − e) − log.22kB TVωeff cl (x0 ) = kB T logDue to the subtracted logarithm of ω in the brackets, the effective classical potentialhas a power seriesVωeff cl (x0 )11 h̄ωM 2 2ω x0 + h̄ω −=224 kB T2880h̄ωkB T!3+ ... .(3.828)This pleasant high-temperature behavior is in contrast to that of the effective potential which reads for the harmonic oscillatorVωeff (x0 ) = kB T log [2 sinh(h̄ω/2kB T )] +=M 2 2ω x02M 2 2 h̄ωω x0 ++ kB T log(1 − e−h̄ω/kB T ),22(3.829)as we can see from (3.793).

The logarithm of ω prevents this from having a powerseries expansion in h̄ω/kB T , reflecting the increasing width of the unsubtractedfluctuations.Consider now the opposite limit T → 0, where the final integral over the Boltzmann factor B(x0 ) can be calculated exactly by the saddle-point method. In thislimit, the effective classical potential V eff cl (x0 ) coincides with the Euclidean versionof the effective potential:V eff cl (x0 ) → V eff (x0 ) ≡ Γe [X]/β X=x0T →0,(3.830)whose real-time definition was given in Eq. (3.663).Let us study this limit again explicitly for the harmonic oscillator, where itbecomesT →0 h̄ωMh̄ω+ ω 2 x20 − kB T log,(3.831)Vωeff cl (x0 ) −−−→22kB Ti.e., the additional constant tends to h̄ω/2.

This is just the quantum-mechanicalzero-point energy which guarantees the correct low-temperature limith̄ω Z ∞ dx0 −M ω2 x20 /2kB TekB T −∞ le (h̄β)T →0−h̄ω/2kB T=e−h̄ω/2kB T .Zω −−−→ e(3.832)The limiting partition function is equal to the Boltzmann factor with the zero-pointenergy h̄ω/2.3323.25.43 External Sources, Correlations, and Perturbation TheoryAlternative Candidate for Effective Classical PotentialIt is instructive to compare this potential with a related expression which can bedefined in terms of the partition function density defined in Eq. (2.325):Ṽωeff cl (x) ≡ kB T log [le (h̄β) z(x)] .(3.833)This quantity shares with Vωeff cl (x0 ) the property that it also yields the partitionfunction by forming the integral [compare (2.324)]:∞ZZ=−∞dx0 −Ṽ eff cl (x0 )/kB Te.le (h̄β)(3.834)It may therefore be considered as an alternative candidate for an effective classicalpotential.For the harmonic oscillator, we find from Eq.

(2.326) the explicit form"# Mω2h̄ω h̄ωh̄ω 2log++kB T log 1−e−2h̄ω/kB T +tanhx .(3.835)2kB T2h̄kB Tk TṼωeff cl (x) = − BThis shares with the effective potential V eff (X) in Eq. (3.829) the unpleasant property of possessing no power series representation in the high-temperature limit.The low-temperature limit of Ṽωeff cl (x) looks at first sight quite similar to (3.831):T →0Ṽ eff cl (x0 ) −−−→Mω 2 kB T2h̄ωh̄ω+ kB Tx −log,2h̄2kB T(3.836)and the integration leads to the same result (3.832) in only a slightly different way:T →0−h̄ω/2kB TZω −−−→ es−h̄ω/2kB T=e2h̄ωkB TZ∞−∞dx −M ωx2 /h̄ele (h̄β).(3.837)There is, however, an important difference of (3.836) with respect to (3.831). Thewidth of a local Boltzmann factor formed from the partition function density (2.325):B̃(x) ≡ le (h̄β) z(x) = e−Ṽeff cl (x)/kBT(3.838)is much wider than that of the effective classical Boltzmann factor B(x0 ) =eff cle−V (x0 )/kB T .

Whereas B(x0 ) has a finite width for T → 0, the Boltzmann factor B̃(x) has a width growing to infinity in this limit. Thus the integral over xin (3.837) converges much more slowly than that over x0 in (3.832). This is theprincipal reason for introducing V eff cl (x0 ) as an effective classical potential ratherthan Ṽ eff cl (x0 ).H. Kleinert, PATH INTEGRALS3333.25 Effective Classical Potential3.25.5Harmonic Correlation Function without Zero ModeBy construction, the correlation functions of η(τ ) have the desired subtracted form(3.802):h̄ p 0h̄ cosh ω(|τ − τ 0 |−h̄β/2)10hη(τ )η(τ )iω = Gω2 ,e (τ −τ ) =−,M2Mωsinh(βh̄ω/2)h̄βω 20(3.839)with the square width as in (3.803):hη 2 (τ )iω ≡ a2ω = Gpω02 ,e (0) =1βh̄ω1coth−,2ω2h̄βω 2(3.840)which decreases withincreasing temperature. This can be seen explicitly by addingRa current term − dτ j(τ )η(τ ) to the action (3.814) which winds up in the exponentof (3.816), replacing λ/β by j(τ ) + λ/β and multiplies the exponential in (3.817) bya factor12Mh̄β 2(Zh̄β0dτ(Z0h̄β0h20dτ λ + λβj(τ ) + λβj(τ )iGpω2 ,e (τ0−τ ))1 Z h̄β Z h̄β 0× expdτdτ j(τ )Gpω2 ,e (τ − τ 0 )j(τ 0 ) .2Mh̄ 00)(3.841)In the first exponent, one of the τ -integrals over Gpω2 ,e (τ − τ 0 ), say τ 0 , produces afactor 1/ω 2 as in (3.818), so that the first exponent becomes)(1λβ Z h̄β2 h̄βdτ j(τ ) .λ 2 +2 22Mh̄β 2ωω 0(3.842)If we now perform the integral over λ, the linear term in λ yields, after a quadraticcompletion, a factor)(Z h̄βZ h̄β1dτ 0 j(τ )j(τ 0 ) .exp −dτ02Mβh̄2 ω 2 0(3.843)Combined with the second exponential in (3.841) this leads to a generating functionalfor the subtracted correlation functions (3.839):Zωx0 [j]()βh̄ω/22 21 Z h̄β Z h̄β 0=dτdτ j(τ )Gpω02 ,e (τ −τ 0 )j(τ 0 ) .e−βM ω x0 /2 expsin(βh̄ω/2)2Mh̄ 00(3.844)For j(τ ) ≡ 0, this reduces to the local Boltzmann factor (3.820).3343 External Sources, Correlations, and Perturbation Theory3.25.6Perturbation ExpansionWe can now apply the perturbation expansion (3.480) to the path integral over η(τ )in Eq.

(3.813) for the effective classical Boltzmann factor B(x0 ). We take the actionAe [x] =Zh̄βdτ0M 2ẋ + V (x) ,2(3.845)and rewrite it asAe = h̄βV (x0 ) + A(0)e [η] + Aint,e [x0 ; η],(3.846)with an unperturbed actionA(0)e [η]=Zh̄β0M 2Mdτη̇ (τ ) + Ω2 (x0 )η 2 (τ ) , Ω2 (x0 ) ≡ V 00 (x0 )/M,22and an interactionAint,e [x0 ; η] =Zh̄β0dτ V int (x0 ; η(τ )),(3.847)(3.848)containing the subtracted potential1V int (x0 ; η(τ )) = V (x0 + η(τ )) − V (x0 ) − V 0 (x0 )η(τ ) − V 00 (x0 )η 2 (τ ).2(3.849)This has a Taylor expansion starting with the cubic termV int (x0 ; η) =1 0001V (x0 )η 3 + V (4) (x0 )η 4 + . .

. .3!4!(3.850)Since η(τ ) has a zero temporal average, the linear term 0h̄β dτ V 0 (x0 )η(τ ) is absentin (3.847). The effective classical Boltzmann factor B(x0 ) in (3.813) has then theperturbation expansion [compare (3.480)]RB(x0 ) =1−Ex01 D 2 Ex01 D 3 Ex01D−+...BΩ (x0 ). (3.851)Aint,e +AAint,e Ωint,e ΩΩh̄2!h̄23!h̄3The harmonic expectation values are defined with respect to the harmonic pathintegralBΩ (x0 ) =Z(0)Dη δ̃(η̄) e−Ae[η]//h̄.(3.852)For an arbitrary functional F [x] one has to calculatehF [x]ixΩ0=BΩ−1 (x0 )Z(0)Dη δ̃(η̄) F [x] e−Ae[η]/h̄.(3.853)Some calculations of local expectation values are conveniently done with theexplicit Fourier components of the path integral. Recalling (3.806) and expandingH.

Kleinert, PATH INTEGRALS3353.25 Effective Classical Potentialthe action (3.814) in its Fourier components using (3.804), they are given by theproduct of integralshF [x]ixΩ0=[ZΩx0 ]−1∞Ym=1"Zimdxre− M Σ∞ [ω 2 +Ω2 (x0 )]|xm |2m dxmF [x].e kB T m=1 m2πkB T /Mωm#(3.854)This implies the correlation functions for the Fourier componentsDxm x∗m0Ex0Ω= δmm0kB T1.2M ωm + Ω2 (x0 )(3.855)From these we can calculate once more the correlation functions of the fluctuationsη(τ ) as follows:D0η(τ )η(τ )Ex0Ω=*∞Xxm x∗m0 e−i(ωm −ωm0 )τm,m0 6=0+x 0Ω=211 X.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
12,87 Mb
Тип материала
Предмет
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6417
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее