Derivation of the non linear Schrödinger equations by the characteristics method in a infinite dimensional space

Dérivation des équations de Schrödinger non linéaires par une méthode des caractéristiques en dimension infinie

Quentin Liard (1)

1 IRMAR - Institut de Recherche Mathématique de Rennes

In this thesis, we justify the mean field approximation in a general framework for bosonic systems. The derivation of mean field dynamics is known for some specific quantum states. Therefore it is natural to expect the extension of these results for a general family of normal states. The mean field approximation for bosons consists in replacing the many-body quantum problem by a non linear one, so-called Hartree problem, when the number of particles tends to infinity. We establish a general result for bosons confined or not, interacting through a singular potential. The method used is based on Wigner measures. Our contribution consists in extending the characteristics method when the velocity field associated to the Hartree equation is subcritical or critical. It complements the work of Ammari and Nier and provides a result for critical potential for the Hartree equation. We also focus on bosonic systems interacting through a multi-body potential and we prove the mean field approximation under a strong assumption on this potential. All these results essentially rely on the flexibility of Wigner measures and we can give an alternative proof of the variational mean field approximation.

Dans cette thèse, nous aborderons l'approximation de champ moyen pour des particules bosoniques. Pour un certain nombre d'états quantiques, la dérivation de la limite de champ moyen est connue, et il semble naturel d'étendre ces travaux à un cadre général d'états quantiques quelconques. L'approximation de champ moyen consiste à remplacer le problème à N corps quantique par un problème non linéaire, dit de Hartree, quand le nombre de particules est grand. Nous prouverons un résultat général pour un système de particules, confinées ou non, interagissant au travers d'un potentiel singulier. La méthode utilisée repose sur les mesures de Wigner. Notre contribution consiste en l'extension de la méthode des caractéristiques au cadre de champ de vitesse singulier associé à l'équation de Hartree. Cela complète les travaux d'Ammari et Nier et permet de prouver des résultats pour des potentiels critiques pour les équations de Hartree. En particulier, on s'intéressera à un système de bosons interagissant au travers d'un potentiel à plusieurs corps et nous démontrerons l'approximation de champ moyen sous une hypothèse de compacité forte sur ce dernier. Les résultats s’appuient en grande partie sur la flexibilité des mesures de Wigner, ce qui permet également de proposer une preuve alternative à l'approximation de champ moyen dans un cadre variationnel.

Mots clés: Mean-Field theory; Non linear Schrödinger equations

Mots clés: Théorie du champ moyen

Domaines: Equations aux dérivées partielles [math.AP]

Quentin Liard. Dérivation des équations de Schrödinger non linéaires par une méthode des caractéristiques en dimension infinie. Equations aux dérivées partielles [math.AP]. Université de Rennes, 2015. Français. ⟨NNT : 2015REN1S126⟩. ⟨tel-01269730v2⟩