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Journal Articles EPJ Web of Conferences Year : 2022

Disorder-induced quantum-to-classical transition, or how the world becomes classical

Transition quantique-classique due au désordre : comment le monde devient classique

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Abstract

Decoherence theory explains how quantum mechanics gives rise to classical mechanics through the entanglement of a quantum system's evolution with the degrees of freedom of the environment. The present article explores another pathway from the quantum to the classical behaviour. We consider a spinless particle interacting with a disordered landscape of potential energy. The matter-wave evolution is handled within time-dependent quantum statistical mechanics, in which the wave function is replaced by a Wigner function defined in position-momentum space. Upon zooming out to scales exceeding the correlation length of the disorder, it is found that the description only involves the state populations as defined in classical statistical physics. Quantum coherence effects are significant only over smaller spatial scales, where they give rise to a noise superimposing on the classical description. The waning of coherence, which reflects the emergence of classicality, is due to the multiple scattering of matter waves; and the framework may be viewed as a stochastic wave mechanics.
La théorie de la décohérence explique comment la mécanique quantique induit la mécanique classique grâce à l'enchevêtrement de l'évolution du système quantique avec les degrés de liberté de l'environnement. Cet article explore un autre chemin conduisant du comportement quantique au comportement classique. On considère une particule sans spin interagissant avec un paysage désordonné d'énergie potentielle. L'évolution de l'onde de matière est abordée en mécanique statistique quantique dépendant du temps, dans laquelle la fonction d'onde est remplacée par une fonction de Wigner définie dans l'espace des positions et des impulsions. Après avoir effectué un zoom arrière à des échelles plus grandes que la longueur de corrélation du désordre, on trouve que la description ne met en jeu que les populations d'états tels qu'ils sont définis en physique statistique classique. Les effets de cohérence quantique ne sont significatifs qu'à des échelles plus petites, où ils donnent lieu à un bruit surimposé à la description classique. La perte de cohérence, qui exprime l'émergence de propriétés classiques, est due à la diffusion multiple des ondes de matière. Le cadre descriptif peut se voir comme une mécanique ondulatoire stochastique.
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Dates and versions

hal-03666443 , version 1 (12-05-2022)

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Cite

Eric Bringuier. Disorder-induced quantum-to-classical transition, or how the world becomes classical. EPJ Web of Conferences, 2022, 263, pp.01011. ⟨10.1051/epjconf/202226301011⟩. ⟨hal-03666443⟩
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