Quand arrive une particule ?

Quand arrive une particule ?

Horodatage: 30 mars 2023 8:49

Simone Roncallo1,2, Krzysztof Sacha3et une Lorenzo Macconé1,2

1Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Pavia, Via Agostino Bassi 6, I-27100, Pavie, Italie
2INFN Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, I-27100, Pavie, Italie
3Instytut Fizyki imienia Mariana Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, ulica Profesora Stanisława Łojasiewicza 11, PL-30-348 Cracovie, Pologne

Vous trouvez cet article intéressant ou souhaitez en discuter? Scite ou laisse un commentaire sur SciRate.

Abstract

Nous comparons les propositions apparues dans la littérature pour décrire une mesure du temps d'arrivée d'une particule quantique au niveau d'un détecteur. Nous montrons qu'il existe de multiples régimes dans lesquels différentes propositions donnent des prédictions inéquivalentes et discriminables expérimentalement. Cette analyse ouvre la voie à de futurs tests expérimentaux.

Quand arrive une particule ? Intelligence des données PlatoBlockchain. Recherche verticale. Aï.

Image en vedette : Une particule préparée dans une superposition de deux paquets d’ondes gaussiennes. Lorsque les paquets se chevauchent à proximité du détecteur, des interférences liées à l'heure d'arrivée sont observées.

Résumé populaire

Les mesures du temps posent problème en mécanique quantique puisque, contrairement à la position et à l’impulsion, le temps n’est pas décrit par un observable. Des questions simples comme « Quand une particule arrive-t-elle à un détecteur ? » sont difficiles à traiter. Dans la littérature, il s’agit du problème de l’heure d’arrivée. Plusieurs solutions ont été envisagées, regroupées pour la plupart en trois approches principales : la construction axiomatique de Kijowski, les propositions de flux quantique et d’horloge quantique. Cependant, ils conduisent tous à des prédictions différentes !

Nous identifions des régimes réalisables pour discriminer expérimentalement ces approches. Nos résultats montrent que des divergences apparaissent dans les régimes fortement quantiques, notamment lorsque la particule présente une interférence quantique au moment de son arrivée : interférence destructrice aux moments où il est moins probable qu'elle soit détectée, interférence constructive lorsque la détection a plus de chances de se produire.

► Données BibTeX

► Références

W. Pauli, Principes généraux de la mécanique quantique (Springer, 1980).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61840-6

N. Vona et D. Dürr, Le rôle du courant de probabilité pour les mesures du temps, dans The Message of Quantum Science : Attempts Towards a Synthesis, édité par P. Blanchard et J. Fröhlich (Springer, 2015) Chap. 5.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-46422-9_5

R. P. Feynman et A. R. Hibbs, Mécanique quantique et intégrales de chemin (McGraw-Hill, 1965).

S. Das et W. Struyve, Remettre en question l'adéquation de certaines distributions quantiques de temps d'arrivée, Phys. Rév.A 104, 042214 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.104.042214

Y. Aharonov et D. Bohm, Le temps dans la théorie quantique et la relation d'incertitude pour le temps et l'énergie, Phys. Rév.122, 1649 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.122.1649

N. Grot, C. Rovelli et R. S. Tate, Heure d'arrivée en mécanique quantique, Phys. Rév.A 54, 4676 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.4676

E. A. Galapon, F. Delgado, J. G. Muga et I. L. Egusquiza, Transition d'une distribution discrète à une distribution continue du temps d'arrivée pour une particule quantique, Phys. Rév.A 72, 042107 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.72.042107

J. Kijowski, Sur l'opérateur temporel en mécanique quantique et la relation d'incertitude de Heisenberg pour l'énergie et le temps, Rep. Math. Phys. 6, 361 (1974).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0034-4877(74)80004-2

V. Delgado et J. G. Muga, Heure d'arrivée en mécanique quantique, Phys. Rév.A 56, 3425 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.56.3425

A. Ruschhaupt et R. F. Werner, Mécanique quantique du temps, dans The Message of Quantum Science : Attempts Towards a Synthesis, édité par P. Blanchard et J. Fröhlich (Springer, 2015) Chap. 14.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-46422-9_14

R. Werner, Observables d'écran en mécanique quantique relativiste et non relativiste, J. Math. Phys. 27, 793 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.527184

Y. Aharonov, J. Oppenheim, S. Popescu, B. Reznik et W. G. Unruh, Mesure du temps d'arrivée en mécanique quantique, Phys. Rév.A 57, 4130 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.4130

T. Jurić et H. Nikolić, Heure d'arrivée de la théorie générale des distributions temporelles quantiques, Eur. Phys. J. Plus 137, 631 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1140/​epjp/​s13360-022-02854-w

Y. Aharonov et T. Kaufherr, Référentiels quantiques, Phys. Rév. D 30, 368 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.30.368

Y. Aharonov, S. Popescu et J. Tollaksen, Chaque instant du temps, un nouvel univers, dans Théorie quantique : une histoire de réussite à deux reprises (Springer, 2014) pp.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-88-470-5217-8_3

C. Rovelli, Mécanique quantique relationnelle, Int. J. Théor. Phys. 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / bf02302261

M. Reisenberger et C. Rovelli, États de l'espace-temps et théorie quantique covariante, Phys. Rév.D 65, 125016 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevd.65.125016

D. N. Page et W. K. Wootters, Evolution sans évolution : dynamique décrite par des observables stationnaires, Phys. Rév.D 27, 2885 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.27.2885

L. Maccone et K. Sacha, Mesures quantiques du temps, Phys. Le révérend Lett. 124, 110402 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.110402

V. Giovannetti, S. Lloyd et L. Maccone, Temps quantique, Phys. Rév. D 92, 045033 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevd.92.045033

R. Brunetti, K. Fredenhagen et M. Hoge, Le temps en physique quantique : d'un paramètre externe à un observable intrinsèque, Trouvé. Phys. 40, 1368-1378 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-009-9400-z

S. Das et D. Dürr, Distributions des temps d'arrivée des particules de spin 1/​2, Sci. Rep.9, 2242 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-018-38261-4

C. R. Leavens, Heure d'arrivée en mécanique quantique et bohmienne, Phys. Rév.A 58, 840 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.840

A. Ananthaswamy, Pouvons-nous évaluer le temps de vol quantique ?, Sci. Suis. 326, 1 (2022).

J. G. Muga, R. S. Mayato et IL Egusquiza, Time in Quantum Mechanics, Vol. 1 (Springer, 2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-73473-4

G. Muga, A. Ruschhaupt et A. Campo, Time in Quantum Mechanics, Vol. 2 (Springer, 2009).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-03174-8

M. Kozuma, L. Deng, E. W. Hagley, J. Wen, R. Lutwak, K. Helmerson, S. L. Rolston et W. D. Phillips, Division cohérente des atomes condensés de Bose-Einstein avec diffraction de Bragg induite optiquement, Phys. Le révérend Lett. 82, 871 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.871

S. Pandey, H. Mas, G. Drougakis, P. Thekkeppatt, V. Bolpasi, G. Vasilakis, K. Poulios et W. von Klitzing, Condensats hypersoniques de Bose-Einstein dans des anneaux d'accélérateur, Nature 570, 205 (2019) .
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1273-5

C. R. Leavens, Non-localité spatiale de la distribution « standard » de l'heure d'arrivée, Phys. Lett. A 338, 19 (2005a).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2005.02.022

C. R. Leavens, Sur l'approche mécanique quantique « standard » des heures d'arrivée, Phys. Lett. A 303, 154 (2002).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0375-9601(02)01239-2

S. Das et M. Nöth, Heures d'arrivée et invariance de jauge, Proc. R. Soc. R : Mathématiques. Phys. Ing. Sci. 477, 2250 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2021.0101

I. L. Egusquiza, J. G. Muga, B. Navarro et A. Ruschhaupt, Commentaire sur : « Sur l'approche standard de la mécanique quantique des temps d'arrivée », Phys. Lett. A 313, 498 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0375-9601(03)00851-X

C. R. Leavens, Réponse au commentaire sur : « Sur l'approche mécanique quantique « standard » des heures d'arrivée » [Phys. Lett. A 313 (2003) 498], Phys. Lett. A 345, 251 (2005b).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2005.08.004

A. J. Bracken et GF Melloy, Reflux de probabilité et nouveau nombre quantique sans dimension, J. Phys. R : Mathématiques. Théorique. 27, 2197 (1994).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​27/​6/​040

K. V. Kuchar, Temps et interprétations de la gravité quantique, Int. J. Mod. Phys. D 20, 3 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271811019347

J. Leon et L. Maccone, L'objection Pauli, trouvé. Phys. 47, 1597-1608 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-017-0115-2

BS DeWitt, Théorie quantique de la gravité. I. La théorie canonique, Phys. Rév.160, 1113 (1967).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.160.1113

M. Porrmann, Les poids des particules et leur désintégration I, Commun. Mathématiques. Phys. 248, 269-304 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-004-1092-9

R. Gambini et J. Pullin, La solution au problème du temps en gravité quantique résout également le problème du temps d'arrivée en mécanique quantique, New J. Phys. 24, 053011 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac6768

Cité par

[1] Ranjan Modak et S. Aravinda, « Description non hermitienne de la réinitialisation quantique précise », arXiv: 2303.03790, (2023).

[2] Tajron Jurić et Hrvoje Nikolić, « Mesure quantique passive : heure d'arrivée, effet Zeno quantique et erreur du joueur », arXiv: 2207.09140, (2022).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2023-03-30 12:56:20). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

Impossible de récupérer Données de référence croisée lors de la dernière tentative 2023-03-30 12:56:18: Impossible de récupérer les données citées par 10.22331 / q-2023-03-30-968 de Crossref. C'est normal si le DOI a été enregistré récemment.

Cet article est publié dans Quantum sous le Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) Licence. Le droit d'auteur reste la propriété des détenteurs d'origine tels que les auteurs ou leurs institutions.

Horodatage:

Plus de Journal quantique