Quantum manifestations of the adiabatic chaos of perturbed superintegrable Hamiltonian systems

The abundance, among physical models, of perturbations of superintegrable Hamiltonian systems makes the understanding of their long-term dynamics an important research topic. While from the classical standpoint the situation, at least in many important cases, is well understood through the use of Nekhoroshev stability theorem and of the adiabatic invariants theory, in the quantum framework there is, on the contrary, a lack of precise results. The purpose of this thesis is to study a perturbed superintegrable quantum system, obtained from a classical counterpart by means of geometric quantization, in order to highlight the presence of indicators of superintegrability analogues to the ones that characterize the classical system, such as the coexistence of regular motions with chaotic ones, due to the effects of resonances, opposed to the regularity in the non resonant regime. The analysis is carried out by studying the Husimi distributions of chosen quantum states, with particular emphasis on stationary states and evolved coherent states. The computation are performed using both numerical methods and perturbative schemes. Although this should be considered a preliminary work, the purpose of which is to lay the foundations for future investigations, the results obtained here give interesting insights into quantum dynamics. For instance, it is shown how classical resonances exert a considerable influence on the spectrum of the quantum system and how it is possible, in the quantum behaviour, to find a trace of the classical adiabatic invariance in the resonant regime.

L'abbondanza, fra i modelli fisici, di perturbazioni di sistemi Hamiltoniani superintegrabili rende la comprensione della loro dinamica per tempi lunghi un importante argomento di ricerca. Mentre dal punto di vista classico la situazione, perlomeno in molti casi importanti, è ben compresa grazie all'uso del teorema di stabilità di Nekhoroshev e della teoria degli invarianti adiabatici, nel caso quantistico vi è, al contrario, una mancanza di risultati precisi. L'obiettivo di questa tesi è di studiare un sistema superintegrabile quantistico, ottenuto partendo da un corrispettivo classico tramite quantizzazione geometrica, al fine di evidenziare la presenza di indicatori di superintegrabilità analoghi a quelli che caratterizzano il sistema classico, come la coesistenza di moti regolari e caotici, dovuta all'effetto delle risonanze, in contrapposizione con la regolarità nel regime non risonante. L'analisi è condotta studiando le distribuzioni di Husimi di stati quantistici scelti, con particolare enfasi posta sugli stati stazionari e sugli stati coerenti evoluti. I calcoli sono effettuati sia utilizzando tecniche numeriche che schemi perturbativi. Pur essendo da considerarsi questo un lavoro preliminare, il cui compito è di porre le fondamenta per analisi future, i risultati qui ottenuti offrono interessanti spunti sulla dinamica quantistica. Per esempio è mostrato come le risonanze classiche abbiano un chiaro effetto sullo spettro del sistema quantistico, ed inoltre come sia possibile trovare una traccia, nel comportamento quantistico, dell'invarianza adiabatica classica nel regime risonante.