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非线性科学 > 混沌动力学

arXiv:2501.08839 (nlin)
[提交于 2025年1月15日 (v1) ,最后修订 2025年5月2日 (此版本, v2)]

标题: 波茨中混沌的表现:混合曲率的作用

标题: Manifestations of chaos in billiards: the role of mixed curvature

Authors:Pranaya Pratik Das, Tanmayee Patra, Biplab Ganguli
摘要: 弹道系统边界在塑造其动力学方面起着关键作用,这可能是可积的、混合的或完全混沌的。 当边界具有变化的曲率时,它提供了一个独特的环境来研究经典混沌与量子行为之间的关系。 在本研究中,我们引入了两种几何上不同的弹道系统:一种是豆形边界和一种卡西尼卵形的花生形变体。 这些系统包含聚焦和发散壁,没有中性段。 我们的研究表明经典动力学和量子动力学之间存在强烈的关联。 我们对弹道流图的分析证实了对初始条件(ICs)的敏感性——这是混沌的一个特征。 庞加莱映射进一步显示相空间中充满了混沌运动区域和稳定岛屿。 转向量子领域,我们采用最近邻间距分布和能级间距比作为统计量来表征混沌。 光谱复杂性的早期时间饱和也支持这些系统中的遍历层次结构。 我们观察到一种显著的量子现象,即本征函数的疤痕。 这项工作连接了几何边界效应、经典双曲性和量子遍历性,为在受限系统中设计混沌提供了框架。
摘要: The boundary of a billiard system plays a crucial role in shaping its dynamics, which may be integrable, mixed, or fully chaotic. When a boundary has varying curvature, it offers a unique setting to study the relation between classical chaos and quantum behaviour. In this study, we introduce two geometrically distinct billiards: a bean-shaped boundary and a peanut-shaped variant of Cassini ovals. These systems incorporate both focusing and defocusing walls with no neutral segments. Our study reveals a strong correlation between classical and quantum dynamics. Our analysis of billiard flow diagrams confirms sensitivity to initial conditions(ICs)- a defining feature of chaos. Poincar\'e maps further show the phase space intricately woven with regions of chaotic motion and stability islands. Moving to the quantum domain, we employ nearest-neighbour spacing distribution and level spacing ratio as statistical measures to characterise chaos. Early time saturation in spectral complexity also supports an ergodic hierarchy in these systems. We observe a striking quantum phenomenon, i.e. eigenfunction scarring. This work bridges geometric boundary effects, classical hyperbolicity, and quantum ergodicity, offering a framework to engineer chaos in confined systems.
评论: 30页,25图
主题: 混沌动力学 (nlin.CD) ; 计算物理 (physics.comp-ph); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2501.08839 [nlin.CD]
  (或者 arXiv:2501.08839v2 [nlin.CD] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.08839
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Biplab Ganguli [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 1 月 15 日 14:47:15 UTC (22,630 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 5 月 2 日 04:48:54 UTC (26,894 KB)
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