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Operador de momento cuántico

1926
  • Erwin Schrödinger
  • Werner Heisenberg
  • Paul Dirac
Laboratorio de mecánica cuántica con un físico analizando operadores de momento.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

In quantum mechanics, momentum is an observable represented by a vector operator. In the position basis, the momentum operator is given by [latex]\hat{\vec{p}} = -i\hbar\nabla[/latex], where [latex]\hbar[/latex] is the reduced Planck constant and [latex]\nabla[/latex] is the gradient operator. The conservación del momento corresponde al hecho de que el Hamiltoniano conmuta con el operador de momento, [latex][\hat{H}, \hat{\vec{p}}] = 0[/latex], para un sistema con simetría traslacional.

La mecánica cuántica sustituye los observables clásicos por operadores hermitianos que actúan sobre un Hilbert espacio de estados. El momento de una partícula ya no es un simple número, sino un operador, [latex]\hat{\vec{p}}[/latex]. Sus valores propios representan los posibles resultados de una medición del momento. La famosa expresión [latex]\hat{\vec{p}} = -i\hbar\nabla[/latex] surge de la relación de conmutación canónica entre el operador de posición [latex]\hat{\vec{x}}[/latex] y el operador de momento, [latex][\hat{x}_j, \hat{p}_k] = i\hbar\delta_{jk}[/latex], que es un postulado fundamental de la teoría cuántica y la base matemática de la teoría cuántica. Heisenberg principio de incertidumbre.

La evolución temporal del valor esperado de un operador se rige por el teorema de Ehrenfest. Para el momento, muestra que el valor de expectativa del momento cambia según el valor de expectativa de la fuerza, reflejando la segunda ley de Newton. Una cantidad se conserva si su operador conmuta con el Hamiltoniano [latex]\hat{H}[/latex], el operador para la energía total. Si la energía potencial de un sistema es independiente de la posición (es decir, el sistema tiene simetría traslacional), entonces [latex][\hat{H}, \hat{\vec{p}}] = 0[/latex], y el valor esperado del momento se conserva. Esto restablece la conexión entre la simetría traslacional y la conservación del momento, como se ve a través del teorema de Noether, dentro del marco cuántico.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Física cuántica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • La hipótesis de la dualidad onda-partícula de Louis de Broglie
  • La hipótesis cuántica de Planck
  • Classical Hamiltoniano mecánica
  • Teorema de Noether sobre simetría y conservación

Aplicaciones

  • computación cuántica
  • microscopía de efecto túnel de barrido
  • física de semiconductores
  • física de partículas (feynman diagrams)
  • química cuántica (orbitales moleculares)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • diseño de láseres de pozos cuánticos
  • desarrollo de dispositivos espintrónicos
  • creación de condensados ​​de Bose-Einstein
  • modeling of electron transport in grafeno
  • diseño de sistemas criptográficos cuánticos
  • simulación de reacciones químicas para el descubrimiento de fármacos
  • desarrollo de nuevos materiales superconductores
  • control de cúbits en computadoras cuánticas
  • analysis of neutron dispersión data in materials science
  • Ingeniería de relojes atómicos con una precisión sin precedentes
Relacionado con: operador de momento, mecánica cuántica, Schrödinger equation, Heisenberg uncertainty principle, commutation relation, Hamiltonian, observable, translational symmetry, Ehrenfest theorem, quantum state.

Contexto histórico

Operador de momento cuántico

1924
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1926
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1927
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1930
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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