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Operatore di momento quantistico

1926
  • Erwin Schrödinger
  • Werner Heisenberg
  • Paul Dirac
Laboratorio di meccanica quantistica con fisico che analizza gli operatori di quantità di moto.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Nella meccanica quantistica, la quantità di moto è un'osservabile rappresentata da un operatore vettoriale. Nella base di posizione, l'operatore della quantità di moto è dato da [latex]\hat{\vec{p}} = -i\hbar\nabla[/latex], dove [latex]\hbar[/latex] è la costante di Planck ridotta e [latex]\nabla[/latex] è l'operatore gradiente. Il conservazione della quantità di moto corrisponde al fatto che il hamiltoniano L'operatore commuta con l'operatore di momento, [latex][\hat{H}, \hat{\vec{p}}] = 0[/latex], per un sistema con simmetria traslazionale.

La meccanica quantistica sostituisce le osservabili classiche con gli operatori hermitiani che agiscono su un Hilbert spazio degli stati. La quantità di moto di una particella non è più un semplice numero ma un operatore, [latex]\hat{\vec{p}}[/latex]. I suoi autovalori rappresentano i possibili risultati di una misura di quantità di moto. La famosa espressione [latex]\hat{\vec{p}} = -i\hbar\nabla[/latex] deriva dalla relazione di commutazione canonica tra l'operatore di posizione [latex]\hat{\vec{x}}[/latex] e l'operatore di quantità di moto, [latex][\hat{x}_j, \hat{p}_k] = i\hbar\delta_{jk}[/latex], che è un postulato fondamentale della teoria quantistica e la base matematica della teoria della quantità di moto. Heisenberg principio di indeterminazione.

L'evoluzione temporale del valore atteso di un operatore è governata dal teorema di Ehrenfest. Per la quantità di moto, esso mostra che il valore atteso della quantità di moto cambia in base al valore atteso della forza, rispecchiando la seconda legge di Newton. Una quantità si conserva se il suo operatore commuta con l'hamiltoniano [latex]hat{H}[/latex], l'operatore per l'energia totale. Se l'energia potenziale di un sistema è indipendente dalla posizione (cioè, il sistema ha simmetria traslazionale), allora [latex][hat{H}, hat{vec{p}}] = 0[/latex] e il valore atteso della quantità di moto si conserva. Questo ristabilisce la connessione tra simmetria traslazionale e conservazione della quantità di moto, come visto tramite il teorema di Noether, nell'ambito della meccanica quantistica.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Fisica quantistica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • L'ipotesi della dualità onda-particella di Louis de Broglie
  • L'ipotesi quantistica di Planck
  • Classical hamiltoniano mechanics
  • Il teorema di Noether sulla simmetria e la conservazione

Applicazioni

  • calcolo quantistico
  • microscopia a scansione a effetto tunnel
  • fisica dei semiconduttori
  • fisica delle particelle (feynman diagrams)
  • chimica quantistica (orbitali molecolari)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • progettazione di laser a pozzo quantico
  • sviluppo di dispositivi spintronici
  • creazione di condensati di Bose-Einstein
  • modeling of electron transport in grafene
  • progettazione di sistemi crittografici quantistici
  • simulazione di reazioni chimiche per la scoperta di farmaci
  • sviluppo di nuovi materiali superconduttori
  • controllo dei qubit nei computer quantistici
  • analysis of neutron diffusione data in materials science
  • ingegneria di orologi atomici con una precisione senza precedenti
Correlato a: operatore di quantità di moto, meccanica quantistica, Schrödinger equation, Heisenberg uncertainty principle, commutation relation, Hamiltonian, observable, translational symmetry, Ehrenfest theorem, quantum state.

Contesto storico

Operatore di momento quantistico

1924
1925
1926
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1927
1927
1930
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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