Teoría del campo medio: enfoque variacional versus autoconsistencia

Tengo una pregunta general sobre los enfoques de campo medio aplicados a la mecánica estadística cuántica o clásica.

¿La determinación del campo medio mediante un enfoque variacional implica siempre que se satisface la autoconsistencia? Además, ¿hay algunos casos en los que esté físicamente justificado buscar puntos de silla y en los que un enfoque variacional sea engañoso (digamos que la energía no está limitada desde abajo con respecto a los parámetros de campo medio, por ejemplo)?

Por ejemplo, considere el caso simple del modelo de Ising ferromagnético. Allí, se introduce la magnetización ( metro ) como el parámetro de campo medio con metro = s i z donde el valor esperado se toma con respecto al hamiltoniano de campo medio que depende de metro (y s i z es la variable de espín s i z = ± 1 ). En este caso particular, cuando uno encuentra una solución para metro = s i z , esto es equivalente a encontrar un extremo para la energía o la energía libre. Por lo tanto, mi pregunta es simple: en lugar de resolver la autoconsistencia, ¿se puede buscar el mínimo de energía global (o energía libre) con respecto a los parámetros del campo medio (y este enfoque siempre tiene sentido físicamente)? Aquí doy el ejemplo del modelo de Ising, pero mi pregunta también se aplica a cualquier modelo (modelos fermiónicos, bosónicos, de espín, etc.).

Estoy más o menos buscando contraejemplos aquí, si los hay.

en equilibrio, ambos enfoques deberían conducir al mismo resultado (por argumento termodinámico)

Respuestas (2)

Su pregunta: en lugar de resolver la autoconsistencia, ¿se puede buscar el mínimo de energía global (o energía libre) con respecto a los parámetros del campo medio (y este enfoque siempre tiene sentido físicamente)?

Bueno, de hecho, el enfoque fundamental para el método variacional es minimizar la energía libre con respecto a la acción variacional. si definimos

F = 1 β en Z Z = D ϕ mi S /
dónde Z es una función de partición, entonces si S v a r es una acción variacional con parámetro variacional (por ejemplo, Ising hamiltoniano cuya interacción se reemplaza por el parámetro de campo medio m como mencionó), necesitamos minimizar
F F = F v a r 1 β S S v a r v a r
dónde F v a r = β en Z v a r y el valor esperado se evalúa con respecto a la acción variacional. Si expande la condición de minimización para F , obtendrá la ecuación de autoconsistencia para el modelo de Ising. Por lo tanto, la ecuación de autoconsistencia metro =< S i > es de hecho 'intuición física' que puede derivarse rigurosamente de minimizar la acción variacional.

Como había dicho Nikos M., en el equilibrio ambos deberían conducir al mismo resultado.

Esto también podría visualizarse a partir del formalismo básico de las teorías de campo medio, que establece que la energía libre del sistema tiene un límite superior.

F H 0 ¯ T S

Y esta función (desigualdad de Bogoliubov) se minimiza para determinar observables.