The Many-Body Level Density
La Densité de niveaux du Problème à N-corps
Résumé
We investigate the many-body level density rho_MB for fermion and boson gases. We establish its behavior as a function of the temperature and the number of particules. We deal with correction terms due to finite number of particles effects for rho_MB : for fermions, it seems that it exists only one behavior whereas the case of bosons. Besides we propose a semiclassical expression of rho_MB for two types of particules with an angular momentum. It is decomposed into a smooth part coming from the saddle point method plus corrective terms due to the expansion of the number of partitions for two types of particles and an oscillating part coming from the fluctuations of the single-particle level density. Our model is validated by a numerical study. For the case of the atomic nucleus, the oscillating part of rho_MB is controled by a temperature factor which depends on the chaotic or integrable nature of the system and depends on the fluctuation of the ground state energy. This leads to consider in more detail this last quantity. For an isolated system, we give the general expression of the mean value for fixed potentials. We treat the self-bound system case through the example of the three dimensional harmonic oscillator (3DHO). Furthermore we study the oscillating part of rho_MB for bosons in the low temperature regime for billiards and for isotropic 3DHO. We note the oscillations disappear leading to a power law correction. In the case of the isotropic 3DHO, these corrections have the same order of magnitude as the smooth part. In the same way, for the high temperature regime we show the oscillating part of rho_MB is exponentially negligeable compared to the smooth part.
Nous étudions la densité de niveaux du problème à N-corps (rho_MB) pour des gaz de fermions et de bosons en fonction de la température et du nombre de particules. Nous avons discuté des termes correctifs dus aux effets de nombre fini de particules : alors que le cas des bosons est très riche, il semble qu'un seul comportement apparaisse pour des fermions. Une expression semiclassique de rho_MB pour deux types de particules avec un moment angulaire a été proposé. Celle-ci se compose d'une partie lisse provenant de la méthode du point de col avec des termes correctifs dus au développement de l'expression exacte du nombre de partition pour deux types de particules, et d'une partie oscillante issue des fluctuations de la densité de niveaux à une particule. Une étude numérique pour valider notre modèle a été menée. Dans le cas du noyau atomique, la partie oscillante de rho_MB est contrôlée par un facteur de température qui dépend de la dynamique du système (chaotique ou intégrable) et de la partie oscillante de l'énergie du fondamental. Nous donnons alors l'expression générale de la valeur moyenne de l'énergie pour des potentiels fixes. Le cas auto-cohérent est abordé via l'oscillateur harmonique à trois dimensions (HO3D). L'homologue bosonique de la partie oscillante de rho_MB à basse température a été discuté pour des billards et pour le HO3D isotrope. Dans ce cas il n'y a plus d'oscillation, mais une correction en loi d'échelle. Dans le cas de HO3D isotrope, ces corrections sont de l'ordre de la partie lisse. Dans la limite haute température, nous montrons que la partie oscillante de rho_MB est exponentiellement négligeable comparée au terme lisse.
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