論文の概要: Particle creation, adiabaticity, and irreversibility in the TDHO

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.00820v1
• Date: Sun, 30 Nov 2025 10:01:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.435864
• Title: Particle creation, adiabaticity, and irreversibility in the TDHO
• Title（参考訳）: TDHOにおける粒子生成, 断熱性, 不可逆性
• Authors: Salvador J. Robles-Perez, Salvador Castillo-Rivera,
• Abstract要約: 粒子生成, 断熱性, 不可逆性の関係を3つの異なる表現の観点から検討した。 周波数の関数値とTDHOの進化全体に対して有効な分析結果を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present an exact description of the dynamics and the thermodynamics of a time dependent harmonic oscillator (TDHO) that follows a unitary evolution. In that context, we study the relationship between particle creation, adiabaticity and irreversibility in terms of three different representations: the initial, the diagonal and the invariant representations of the TDHO. We provide analytical results that are valid for any functional value of the frequency and along the whole evolution of the TDHO, which allows us to monitor the behavior of the thermodynamical magnitudes in regions that are not fully considered in previous works, i.e. the transition and the non quasi-static regions. We supplement the analytical results with numerical calculations and graphs. They both show how the largest modes of the non invariant representations may undergo a process of reversible thermalization, where the concept of temperature naturally arises from the unitary evolution of the oscillator with no relation to any external concept of temperature. It would allow us to monitor an unexpected classical-to-quantum transition, which might entail a violation of the third principle of classical thermodynamics. We also provide adaptations of the customary definitions of the quantum heat and work that account for the particle creation of the TDHO. They thus depend on the representation and their evolution is different for the three representations analyzed in this paper, which might have important consequences in the development of quantum thermal machines. Finally, we study the relationship between the creation of particles and the diagonal entropy, which is derived from the von Neumann entropy in the diagonalization limit. The condition of no production of entropy under unitary evolution suggests the definition of a mode temperature that would correspond to the thermal temperature is some appropriate limit.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,時間依存型高調波発振器(TDHO)の力学と熱力学を正確に記述する。 そこで, 粒子生成, 断熱性, 不可逆性の関係を, 初期, 対角, TDHOの不変表現の3つの異なる表現の観点から検討した。 我々は、TDHOの全進化における周波数の関数値に有効な分析結果を提供し、従来の研究では十分に考慮されていない領域、すなわち遷移と準静電領域における熱力学的大きさの挙動をモニタリングすることを可能にする。 解析結果を数値計算とグラフで補足する。 どちらも、非不変表現の最大のモードが可逆的な熱化の過程にあることを示しており、温度の概念は外部の温度の概念とは無関係に振動子のユニタリ進化から自然に生じる。 これは、古典的熱力学の第3原理に違反する可能性のある、予期せぬ古典的量子遷移をモニターすることを可能にする。 また、TDHOの粒子生成を考慮に入れた量子熱の慣習的定義の適応も提供する。 そこで,本論文で分析した3つの表現に対して,それらが表現に依存し,その進化は異なるが,量子熱機械の開発において重要な結果をもたらす可能性がある。 最後に、粒子の生成と対角化極限におけるフォン・ノイマンエントロピーに由来する対角化エントロピーとの関係について検討する。 ユニタリ進化の下でエントロピーが生成されない状態は、熱温度に対応するモード温度の定義が適切な制限であることを示している。

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