Estudio de la evolución de las coherencias y procesos irreversibles en un sistema observado bajo bajo la influencia de la red, utilizando técnicas de RMN de protones en cristales líquidos nemáticos

Abstract

En este trabajo se estudia, bajo un tratamiento cuántico completo, la dinámica de la interacción entre un sistema observado con otro no-observado (y no-controlado), con un enfoque de sistema cuántico abierto. El aporte original consiste en mantener esta visión en toda la escala temporal del operador de evolución. Esto brinda una clara distinción y comprensión de los procesos de dinámica Liouvilliana aislada, decoherencia cuántica adiabática, decoherencia cuántica y relajación. Esto lleva, como contribución original, al entendimiento de la irreversibilidad introducida por la decoherencia cuántica como un concepto local del sistema observado, con origen en el tratamiento cuántico del ambiente, que permite evolucionar al estado del sistema hacia el quasi-equilibrio. Se concluye que este estado de quasi-equilibrio es parte de la caracterización de la dinámica cuántica completa, como un estadio intrínseco de la misma, que finaliza con la termalización del sistema observado bajo relajación. Se aplican estas ideas al estudio del sistema de espines de los protones en los cristales líquidos nemáticos con Resonancia Magnética Nuclear, realizando experimentos y cálculos numéricos desde primeros principios, sin aproximaciones. Además, se diseña y construye un espectrómetro de RMN, para prestaciones de técnicas de pulsos avanzadas, con control de temperatura.

In this work we study the dynamics of the interaction between an observed and a non-observed (and uncontrolled) system, by introducing a full-quantum approach, in which the observed system is considered an open quantum system. The originality of the proposal resides in involving this quantum view along the whole timescale of the dynamics. This treatment provides insight on the different dynamical processes involved, allowing to distinguish the Liouvillian dynamics of an isolated system, adiabatic decoherence, quantum decoherence and relaxation. Through this treatment we could also identify the irreversibility introduced by quantum decoherence as a local concept of the observed system, but originated in the quantum treatment of the environment or non-observed system, which allows the evolution of the quantum state towards the quasi-equilibrium description. This description is part of the complete characterization of the quantum dynamics, as an intrinsic state of the system, which culminates with the thermalization of the observed system with the lattice, driven by relaxation processes. These ideas were applied in the study of the proton spin system of a nematic liquid crystal with Nuclear Magnetic Resonance (NMR) technics, including experiments and numerical calculations from first principles, which need no approximations. In addition, an NMR spectrometer was constructed with facilities for advanced pulsed sequences and temperature control.