Forskere udvikler en ny kvantemekanisk model

Kvantemekanik er en yderst vellykket måde at forstå den fysiske verden på ekstremt små skalaer. Gennem det, en håndfuld regler kan bruges til at forklare de fleste eksperimentelt observerbare fænomener. Lejlighedsvis, imidlertid, vi støder på et problem inden for klassisk mekanik, der medfører særlige vanskeligheder ved oversættelse til kvanteverdenen.

En ny undersøgelse offentliggjort i The European Physical Journal D har givet nogle indsigter i en af ​​dem:momentum. Forfatterne, teoretiske fysikere Fabio Di Pumpo og Matthias Freyberger fra Ulm University, Tyskland, præsentere en elegant matematisk model for kvante momentum, der er tilgængelig via et andet klassisk koncept:time-of-flight.

Mange mennesker vil huske den traditionelle definition af momentum fra gymnasiets fysik som et produkt af massen af ​​et objekt og den hastighed, hvormed det bevæger sig. I kvanteteorien er et objekt repræsenteret af en bølgefunktion, og dets position kan ikke bestemmes, medmindre bølgefunktionen er 'kollapset' i en enkelt tilstand. Dette er essensen af ​​måling i kvantemekanik.

Klassisk momentum kan opnås ved blot at måle den tid, et objekt tager at passere mellem to stationære detektorer ('flyvetid'), at finde hastigheden og gange med massen. Di Pumpo og Freyberger har udviklet en model af kvanteækvivalenten af ​​dette eksperiment, hvor tid og afstands roller vendes:tidspunkterne er faste, og de sandsynlige positioner af en bølgefunktion på hvert punkt, og dermed afstanden mellem dem, anslået. Denne fremgangsmåde anvender yderligere kvantesystemer kaldet pointers, der er koblet til en bølgepakke i bevægelse ved hjælp af en metode udviklet af von Neumann, med målinger foretaget til pointerne frem for bølgen.

Di Pumpo og Freyberger var således i stand til at udlede en enkelt, målbar mængde, der er en kvanteækvivalent til den klassiske flyvetid, og at beregne momentum af en kvantepartikel ganske præcist på dette grundlag. De afslutter papiret med at foreslå måder til yderligere at forbedre målingens nøjagtighed.