Keller–Lieb–Thirring inequalities for Schrödinger operators on cylinders

This note is devoted to Keller–Lieb–Thirring spectral estimates for Schrödinger operators on infinite cylinders: the absolute value of the ground state level is bounded by a function of a norm of the potential. Optimal potentials with small norms are shown to depend on a single variable: this is a symmetry result. The proof is a perturbation argument based on recent rigidity results for nonlinear elliptic equations on cylinders. Conversely, optimal single variable potentials with large norms must be unstable: this provides a symmetry breaking result. The optimal threshold between the two regimes is established in the case of the product of a sphere by a line.

RésuméCette note est consacrée à des estimations spectrales de Keller–Lieb–Thirring pour des opérateurs de Schrödinger sur des cylindres infinis : la valeur absolue de l'état fondamental est bornée par une fonction d'une norme du potentiel. Il est montré que les potentiels optimaux de petite norme ne dépendent que d'une seule variable : il s'agit d'un résultat de symétrie. La preuve provient d'un argument de perturbation qui repose sur des résultats de rigidité récents pour des équations elliptiques non linéaires sur des cylindres. À l'inverse, les potentiels optimaux de grande norme qui ne dépendent que d'une seule variable sont instables : cela fournit un résultat de brisure de symétrie. La valeur optimale qui sépare les deux régimes est établie dans le cas du produit d'une sphère et d'une droite.