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Macroscopic properties of interacting bosons: a unified approach to the Thermodynamic Challenge

Descrizione del progetto

Il comportamento dei bosoni interagenti su grandi scale

A temperature estremamente basse, i bosoni interagenti, ovvero le particelle subatomiche fondamentali, presentano comportamenti affascinanti, come la formazione di stati quantistici collettivi visibili su larga scala. Sebbene siano stati compiuti progressi significativi nella comprensione di questi sistemi, il loro comportamento in limiti (termodinamici) su larga scala è stato oggetto di ricerche limitate. Il progetto MaTCh, finanziato dal CER, studierà le modalità attraverso cui emergono le fasi correlate come la condensazione di Bose-Einstein e il modo in cui nascono le instabilità a causa delle fluttuazioni termiche o delle interazioni tra particelle. I ricercatori svilupperanno nuovi strumenti matematici ispirati alle tecniche del gruppo di rinormalizzazione, che studiano i cambiamenti dei sistemi fisici su diverse scale, realizzando uno studio che potrebbe fornire una base per la comprensione di diversi fenomeni nei sistemi quantistici, dalla superconduttività al magnetismo quantistico.

Obiettivo

Interacting bosons are unique quantum systems, whose low temperature phases exhibit fascinating quantum mechanics effects at a macroscopic scale. In the past two decades, the mathematical understanding of these systems improved tremendously. However, their behavior in the thermodynamic limit is still poorly understood, although this is the appropriate large scale limit to prove the emergence of scaling laws and universality, as well as to investigate the occurrence of phase transitions.

MaTCh aims at investigating the low energy properties of interacting bosons in the thermodynamic limit, and at gaining a mathematical understanding of the emergence of correlated phases, in the form of Bose-Einstein condensation and quasi-long range order, as well as of their instabilities, due to thermal fluctuations or three-body recombination effects of Efimov type.

Our plan is to exploit scaling limits as a framework to identify and overcome, one at a time, the mathematical obstructions that currently prevent us to control the system at finite density in the thermodynamic limit. In order to make progress on this program, MaTCh will introduce novel mathematical methods, inspired by renormalization group approaches and grounded in the second quantization techniques developed by the P.I. and collaborators, valid on an increasing sequence of scales.

Ultimately, the research led by MaTCh will lay the foundation for the rigorous description of several phenomena which are at the frontiers of present theoretical and experimental research, where collective excitations of quantum systems are described in terms of emergent Bose gases, such as in the BCS theory for superconductivity, the molecular description of strongly interacting Fermi gases, and the spin-wave theory for quantum magnetism.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2023-STG

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Istituzione ospitante

GRAN SASSO SCIENCE INSTITUTE
Contributo netto dell'UE
€ 1 499 004,00
Indirizzo
VIA FRANCESCO CRISPI 7
67100 L'Aquila
Italia
Regione
Sud Abruzzo L’Aquila
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 499 004,00

Beneficiari (1)