Equilibrium and Nonequilibrium Aspects of Phase Transitions in Quantum Physics

در این کتاب، ویژگی‌های تعادلی و غیرتعادلی انتقال فاز پیوسته در سیستم‌های مختلف، با تأکید ویژه بر درک چگونگی گسترش ویژگی‌های جهانی تثبیت‌شده در تعادل به قلمرو دینامیکی، فراتر از مکانیسم پارادایمیک کیبل-زورک تشکیل نقص این کتاب در مورد وجود یک انتقال فاز کوانتومی در یک سیستم شامل فقط یک اسپین و یک حالت بوزونی (مدل رابی کوانتومی) گزارش می‌دهد. اگرچه پدیده‌های حیاتی ذاتی فیزیک بدن‌های بسیاری هستند، نویسنده نشان می‌دهد که این سیستم کوچک و ظاهراً ساده به ما امکان می‌دهد تا پدیدارشناسی غنی انتقال‌های فاز را، هم درون و هم خارج از تعادل، کشف کنیم. علاوه بر این، ویژگی‌های جهانی این انتقال فاز کوانتومی ممکن است در یک آزمایش یون به دام افتاده منفرد تحقق یابد، بنابراین از نیاز به افزایش مقیاس تعداد اجزا اجتناب می‌شود. در این سیستم، انتقال فاز در حد مناسبی از پارامترهای سیستم به جای حد ترمودینامیکی مرسوم صورت می‌گیرد - مفهوم جدیدی که نویسنده و همکارانش آن را انتقال فاز سیستم اجزای محدود نامیده‌اند. به این ترتیب، نتایج جمع‌آوری‌شده در این کتاب راه‌های نویدبخش جدیدی را در درک و کاوش ما از پدیده‌های مهم کوانتومی باز خواهد کرد.

In this book, the equilibrium and nonequilibrium properties of continuous phase transitions are studied in various systems, with a special emphasis on understanding how well-established universal traits at equilibrium may be extended into the dynamic realm, going beyond the paradigmatic Kibble–Zurek mechanism of defect formation. This book reports on the existence of a quantum phase transition in a system comprising just a single spin and a bosonic mode (the quantum Rabi model). Though critical phenomena are inherent to many-body physics, the author demonstrates that this small and ostensibly simple system allows us to explore the rich phenomenology of phase transitions, both in- and out-of-equilibrium. Moreover, the universal traits of this quantum phase transition may be realized in a single trapped-ion experiment, thus avoiding the need to scale up the number of constituents. In this system, the phase transition takes place in a suitable limit of system parameters rather than in the conventional thermodynamic limit – a novel notion that the author and his collaborators have dubbed the finite-component system phase transition. As such, the results gathered in this book will open promising new avenues in our understanding and exploration of quantum critical phenomena.