Tekli durum - Singlet state

Atomların örnekleri arasında tekli , çiftli ve üçlü durumları.

Bir kısmı serisi üzerinde
Kuantum mekaniği
${\ Displaystyle i \ HBar {\ frac {\ kısmi} {\ kısmi t}} | \ psi (t) \ rangle = {\ şapka {lH}} | \ psi (t) \ rangle}$ Schrödinger denklemi
Giriş Sözlük Tarihçe
Arka fon Klasik mekanik Eski kuantum teorisi Sütyen-ket notasyonu Hamilton Girişim
Temelleri uyum eşevresizlik tamamlayıcılık Enerji seviyesi dolaşıklık Hamilton Belirsizlik ilkesi Zemin durumu Girişim Ölçüm yerbilmezliği izlenebilir Şebeke Kuantum kuantum dalgalanma Kuantum köpük kuantum havaya yükselme Kuantum sayısı kuantum gürültü kuantum alem kuantum devlet kuantum sistemi kuantum ışınlanma qubit Çevirmek üstüne koyma Simetri (Spontan) simetri kırılma Vakum devlet Dalga yayılımı Dalga fonksiyonu Dalga fonksiyonu çöküşü Dalga parçacık ikiliği Maddenin dalga
Etkileri Zeeman etkisi Stark olayı Aharonov-Bohm efekti Landau kuantizasyonu Kuantum Hall etkisi Kuantum Zeno etkisi kuantum tünelleme Fotoelektrik etki Casimir etkisi
Deneyler Afşar Bell teorisi Davisson-Germer Çift yarık Elitzur-Vaidman Franck-Hertz Leggett-Garg eşitsizliği Mach-Zehnder çıtçıt Kuantum silgi  ( gecikmiş seçmeli ) Schrödinger'in kedisi Kuantum intihar ve ölümsüzlüğü Stern-Gerlach Wheeler'in gecikmeli seçmeli
formülasyonlar genel bakış Heisenberg etkileşim Matris Faz boşluğu Schrödinger Sum-over-geçmişleri (yol-integrali) Hellmann-Feynman teoremi
Denklemler Dirac Klein-Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Yorumlama genel bakış tutarlı geçmişleri Kopenhag de Broglie-Bohm topluluk Gizli-değişken Birçok-dünyalar Amaç çöküşü Bayes kuantum mantık ilişkisel Stokastik Ölçek görelilik işlemsel
Gelişmiş konular kuantum tavlama kuantum kaos Kuantum hesaplama Yoğunluk matrisi Kuantum alan teorisi Fraksiyonel kuantum mekaniği kuantum yerçekimi Kuantum enformasyon bilimi Kuantum makine öğrenme Pertürbasyon kuramı (kuantum mekaniği) Göreli kuantum mekaniği saçılma teorisi Spontan parametrik aşağı dönüştürme Kuantum istatistiksel mekanik
Bilim adamları Aharonov çan Blackett Bloch Bohm Bohr doğmuş Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Ürdün Kramers Pauli Kuzu lando Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger
v t e

Olarak kuantum mekaniği , bir tekli durum genellikle tüm elektronların eşleştirilmiş olan bir sistemi belirtir. Terimi tekli 'başlangıçta olan genel yani olan net açısal momentum sıfır partiküllerin bir bağlı dizi, demek , dönüş kuantum sayısı . Bunun bir sonucu olarak, sadece bir tane spektral çizgi bir tekli devlet. Bunun tersine, bir ikili durum bir çiftlenmemiş elektron içeren bir dublet spektral çizgiler yarma göstermektedir; ve triplet halinin iki çiftlenmemiş elektrona sahip spektral çizgilerin üç kat bölme gösterir. ${\ Displaystyle s = 0}$

Tarihçe

Singletlet ve ilgili sıkma kavramları çiftler ve üçüz sıkça görülmesine atom fiziği ve nükleer fizik biri sık sık parçacıkların bir koleksiyon toplam dönüşünü belirlemek gerekiyor. Sıfır spin sadece gözlemlenen temel partikül derece erişilemez olduğu Higgs bozonu günlük fizik tekli zorunlu örneğin bireysel spin sıfır olmayan parçacıklar, 1/2 ya da kümeleri oluşur 1.

Burada kullanılan "singlet" kökeni hatları (çift karşıt olarak sıfır net açısal momentum ile bağlı kuantum sistemleri, tek bir spektral hat içinde fotonlar yayarlar olmasıdır çiftli durum ) ya da üç hat ( triplet halinin ). Spektral çizgilerinin sayısı bu tekli tarzdaki terminolojisinde Spin kuantum sayısı için basit bir ilişki vardır: ve . ${\ Displaystyle n}$${\ Displaystyle n = 2s + 1}$${\ Displaystyle s = (n-1) / 2}$

Tekli tarzı terminoloji de geleneksel sıkma dahil olmasa bile kimin matematiksel özellikler benzer veya açısal momentum spin durumları aynı olan sistemler için kullanılır. Özellikle, kavramı izospin erken olağanüstü benzerlikler ele parçacık fiziğinin tarihinin geliştirildi protonlar ve nötronlar . İçinde atom çekirdekleri onlar parçacığın, çekirdeği oluşturan tek tip sanki, proton ve nötronlar iki devlet ile, birçok yönden davranırlar. Benzer bir şekilde bu şekilde proton nötron çift bir çift olarak ifade edildi ve varsayılmış temel nucleon bir eğirme-benzeri çift kuantum sayısı tayin edildi , bu iki durum arasında ayrım yapmak için. Böylece nötron izospin bir nükleon oldu ve proton ile bir nükleon . İzospin çiftler özellikle hisseleri aynı SU (2) gibi matematiksel bir yapı açısal momentum çiftli. Nucleon'un Bu erken parçacık fiziği odak daha sonra daha temel ile ikame edilmiş olduğu belirtilmelidir kuark bir proton ya bir nötron üç kuark bağlı sistem ile ifade edildiği bir model. İzospin benzetme de kuark için geçerlidir ve isimlerin kaynağıdır kadar ( "yukarı izospin" gibi) ve aşağı ( "aşağı izospin" olduğu gibi) proton ve nötronlar bulunur kuarklar için. ${\ Displaystyle I_ {3} 1/2 =}$${\ Displaystyle I_ {3}, (n) = - 1/2}$${\ Displaystyle I_ {3} (p) = + 1/2}$${\ Displaystyle s = 1/2}$

Açısal momentum için tekli tarzı terminoloji nadiren üçüz (Spin 1) ötesine kullanılır devletler de, çok daha büyük parçacık grupları ve bazı özellikleri paylaşan ve birbirinden ayırt edilir alt grupları tanımlamak için tarihsel olarak yararlı olduğu kanıtlanmıştır kuantum sayıları dönüş ötesinde. Tekli tarzı terminoloji bu geniş kullanımının bir örneği dokuz üyeli "nonet" dir pseudoscalar mezonların .

Örnekler

Mümkün olan en basit açısal momentum tekli iki bir (bağlanmış veya serbest) grubu olduğu bir dönüş ¹ / ₂ , onların spin tarifi ( "yukarı" ve "aşağı"), birbirlerine karşı gelecek şekilde yönlendirildiği (fermiyon) parçacıklar; yani onlar antiparalel vardır.

Mümkün olan en basit bağlı tekli durum sergileyebilen parçacık çifti pozitronyum bir oluşmaktadır, elektron ve pozitron zıt elektrik yüklerinin bağlı (karşıt-). Pozitronyum elektron ve pozitron da bir eğirme 1 veya triplet halinin ile pozitronyum bir deneysel belirgin biçimde sonuçlanan aynı ya da paralel sıkma yönelimleri sahip olabilir.

Bir ilişkisiz tekli (örn parçacıklar, atomlar ya da küçük moleküller) kuantum davranış sergileyen kadar küçük birimlerin bir çift oluşur, ille de dört koşullar sahip olan ve aynı tip,:

1. iki tarafın spin eşit büyüklüktedir.
2. her iki taraftan mevcut sıkma değerleri klasik uzay ve zaman içinde daha önceki bazı yerde tek bir iyi tanımlanmış kuantum olayı (dalga fonksiyonu) içinden çıkmış.
3. kaynak dalga fonksiyonu, iki varlık net açısal momentum sırayla zamanda deneysel olarak tespit edilir ve ne zaman, açısal momentumun korunumu tam karşı (anti-paralel) olmak için kendi spin gerektirir anlamına gelir sıfır olmalıdır, örneğin bir yol ile ilgilidir.
4. evrenin herhangi bir yerinde içindeki statüsünün hiçbir klasik bilgi (gözlem) var olduğu iddia eşdeğerdir - Onların sıkma devletler menşeli kuantum olayı beri soğukkanlı kalmıştır.

Herhangi bir sıkma değeri çifti için de kullanılabilir, ancak dönüş büyüklüğü mümkün olduğu kadar az ise, dolaşma etkisi mümkün olan en yüksek etki ile spin kişiler için meydana gelen, her ikisi de matematiksel olarak ve deneysel olarak güçlü olacak ¹ / ₂ (elektronlar gibi ve pozitronlar). İlişkisiz tekli grubu için Erken düşünce deneyleri genellikle iki paralel olmayan dönüş kullanımını kabul ¹ / ₂ elektron. Bununla birlikte, gerçek deneyler Spin 1 foton çiftleri kullanılarak yerine odaklanma eğilimi. Dolanma etki biraz daha az, örneğin sıkma 1 parçacıklarla telaffuz edilirken, foton korelasyon çiftler halinde oluşturmak için daha kolay ve bir soğukkanlı kuantum halde tutmak için (genellikle) daha kolaydır.

Matematiksel gösterimler

Her iki singlet ve triplet durumları oluşturmak üzere pozitronyum kabiliyeti söyleyerek matematiksel anlatılan ürün iki ikili gösterimler (1/2 ikili hem eğirme olan elektron-pozitron anlamına gelir) bir toplamı ayrılacak olabilir eşlenik gösterimi ( üçlü veya sıkma 1 durumu) ve önemsiz gösterimi (tekli veya sıkma 0 durumu). Pozitronyum üçlü ve tekli devletlerin parçacık yorumlanması tartışmalı daha sezgisel iken, matematiksel açıklama kuantum devletler ve olasılıklar hassas hesaplamalar sağlar.

Örneğin bu büyük matematiksel kesinlik mümkün atlet ve çiftlerin rotasyon işlemleri altında nasıl davrandığını değerlendirmek mümkün kılar. Spin 1/2 elektron dönme altında bir çift olarak dönüştürür yana, rotasyona deneysel dağılımları kullanılarak tahmin edilebilir temel temsili , bu dubletin özellikle Lie grubu SU (2) . Operatörünü uygulanması dolayısıyla elektronun spin durumu her zaman sonuçlanacaktır veya spin-up ve spin-aşağı devletler hem olduğundan, 1/2 dönmeye özdurumları aynı özdeğeri operatörün. ${\ Displaystyle {\ vec {S}} ^ {2}}$${\ Displaystyle \ HBar ^ {2} \, (1/2) \ (1/2 + 1) = (3/4) \, \ HBar ^ {2}}$

Benzer şekilde, iki elektronun bir sistem için uygulanarak toplam döndürme ölçmek mümkündür burada, elektron 1 üzerinde hareket eder ve bu sistem iki muhtemel ıtme yana elektron 2. hareket, aynı zamanda, toplam iki olası öz ve karşılık gelen özdurumlarını sahip Spin 0 ve spin 1 durumuna karşılık gelen, operatörü dönerler. ${\ Displaystyle \ sol ({\ vec {S}} _ {1} + {\ vec {S}} _ {2} \ sağ) ^ {2}}$${\ Displaystyle {\ vec {S}} _ {1}}$${\ Displaystyle {\ vec {S}} _ {2}}$

Atlet ve dolaşık durumları

Tekli eyalette parçacıklar yerel olarak birbirine bağlı olması gerekmez fark etmek önemlidir. Örneğin, iki elektron spin durumları açısal momentum tasarrufu tek bir kuantum olaydan emisyonları ile ilişkili zaman, elde edilen elektronlar, sadece sunulan açısal olduğu, hatta belirsiz zaman alanı artar kendi ayırma gibi paylaşılan bir tekli halde kalır momentum durumları soğukkanlı kalır. Gelen Dirac gösterimde bu mesafe-kayıtsız tekli durum genellikle temsil edilir:

${\ Displaystyle {\ frac {1} {\ sqrt {2}}} \ bıraktı. (\ Left | \ uparrow \ downarrow \ sağ \ rangle - \ left | \ downarrow \ uparrow \ sağ \ rangle sağ \)}$

Mekansal genişletilmiş bağlanmamış tekli devletler olasılığı sonunda deneysel araştırma ve şimdi ne denir doğrulanması yol açtı böyle durumları dikkate beri hatırı sayılır tarihsel ve hatta felsefi öneme sahip kuantum dolanması . Kuantum dolanması ihlal ettiği ilişkileri sürdürmek için kuantum sistemlerinin yeteneği mevkiinde ilkesini , Albert Einstein temel olarak kabul edilir ve hayatı boyunca savundu. Podolsky ve Rosen ile birlikte, Einstein'ın önerdiği EPR paradoksu bu kuantum mekaniği tamamlanmadığını oluşturması için bir yol olarak kullanan, dağınık singletlerin olmayan yerellik ile kaygılarını tanımlamaya yardımcı olduğu düşünülmektedir deney.

EPR düşünce deneyi tarafından yakalanan zorluk dağınık tekli halde iki parçacık ya da açısal momentumu durumunu bozucu, kalan parçacık kuantum durumu iki parçacık sahip olsa bile, "ani" olarak görünmektedir değiştirilmiş oldu zamanla mesafenin ışık yılı ayrılmış olur. Tarafından yıl sonra yapılan kritik fikir John Stewart Bell Einstein'ın yerellik-ilk bakış açısının güçlü bir savunucusu oldu, onun gösterdi Bell'in teoremi deneysel tekli dolanması varlığını veya olmayan varlığını değerlendirmek için kullanılabilir. İroni yerine Bell'in umuttu dolanması, çürütmek arasında müteakip deneyler yerine dolanması gerçekliği kurulmuş olmasıydı. Aslında, şimdi ticari orada mevcut kuantum şifreleme kimin operasyon mekansal genişletilmiş singletlerin varlığı ve davranışlarına temelden bağlıdır cihazlar.

Klasik, tarih-ayar bilgileri ışığı hızından daha hızlı bulaşan olamaz: Einstein'ın mevkiinde ilkesinin zayıf bir formu şudur ki, sağlam kalır c , hatta kuantum dolanması olaylarını kullanarak. Mahallin Bu zayıf formu daha az kavramsal Einstein'ın mutlak mevkiinde daha zarif, ancak ortaya çıkmasını önlemek için yeterli olan nedensellik paradoksları.

Ayrıca bakınız

• Doublet devlet
• Spin çeşitliliği
• üçlü devlet

Referanslar