論文の概要: Heat distribution of quantum fields interacting with Unruh-DeWitt detectors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.06185v1
- Date: Sat, 05 Sep 2026 17:05:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-12 06:37:14.169649
- Title: Heat distribution of quantum fields interacting with Unruh-DeWitt detectors
- Title（参考訳）: ウンルー・デウィット検出器と相互作用する量子場の熱分布
- Abstract要約: ミンコフスキー時空における量子場とウンルー・デウィット検出器間の熱交換統計について検討する。
干渉計測プロトコルを用いて,射影測定を伴わない熱の特性関数を定義した。
この関数と熱分布の摂動式を導出する。
- 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 introduce an operational framework for heat-exchange statistics between a quantum field and an Unruh-DeWitt detector in Minkowski spacetime. Using an interferometric protocol, we define the characteristic function of heat without projective measurements, consistently with relativistic causality. We derive perturbative expressions for this function and the heat distribution. In the vacuum, the statistics coincides with the low-intensity expansion of a unidirectional Poisson law, while for Kubo-Martin-Schwinger (KMS) states it has a bidirectional Poisson structure up to second order in perturbation theory. We study how fluctuation relations emerge from detector properties and field correlations, identifying regimes where they reduce to known heat-exchange fluctuation relations. We derive the entropic Landauer inequality as a specialization of the algebraic entropy-balance theorem of Jakšić and Pillet and verify it numerically within the perturbative detector-field interaction. We compare its tightness with a complementary Landauer bound derived from the full counting statistics of heat, analyzing their dependence on the detector's initial state and interaction time. We also formulate the first and second laws for the explicitly switched detector-field dynamics, identifying the external switching work that reconciles the field-energy gain with the detector-energy change. In the gapless and delta-switching regimes, where the dynamics admits a non-perturbative treatment, the characteristic function coincides with that of a bidirectional Poisson process, yielding an exact fluctuation theorem determined by the KMS condition. These results provide a consistent framework for heat statistics in relativistic quantum field theory and clarify the emergence of fluctuation relations.
- Abstract（参考訳）: ミンコフスキー時空における量子場とUnruh-DeWitt検出器間の熱交換統計の演算フレームワークを提案する。
干渉計プロトコルを用いて、相対論的因果関係と一貫して、射影的測定を伴わない熱の特性関数を定義する。
この関数と熱分布の摂動式を導出する。
真空中では、統計は一方向ポアソン法則の低強度展開と一致するが、Kubo-Martin-Schwinger (KMS) は、摂動理論において二方向ポアソン構造を持つと述べている。
本研究では, 検出器特性と磁場相関から変動関係が出現し, 既知の熱交換変動関係に還元される状態を特定する。
我々は、ヤクシッチとピレットの代数的エントロピー均衡定理の特殊化としてエントロピーランダウアー不等式を導出し、摂動検出器-場相互作用の中で数値的に検証する。
我々は、その密度を、熱の完全な数え上げ統計から導かれる補完的なランダウアーと照合し、検出器の初期状態と相互作用時間への依存性を分析する。
また、電界エネルギー変化と電界エネルギーの利得を調和させる外部スイッチング作業を特定することで、明示的にスイッチングされた電界ダイナミクスの第一法則と第二法則を定式化する。
力学が非摂動的処理を許容するギャップレスおよびデルタスイッチング法では、特性関数は双方向のポアソン過程と一致し、KMS条件によって決定される正確なゆらぎ定理を生成する。
これらの結果は相対論的場の量子論における熱統計学の一貫した枠組みを提供し、変動関係の出現を明らかにする。
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