Når kommer en partikkel?

Når kommer en partikkel?

Tidsstempel: 30. mars 2023 8:49

Simone Roncallo1,2, Krzysztof Sacha3og Lorenzo Maccone1,2

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

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi sammenligner forslagene som har dukket opp i litteraturen for å beskrive en måling av ankomsttiden til en kvantepartikkel ved en detektor. Vi viser at det er flere regimer der ulike forslag gir likeverdige, eksperimentelt diskriminerbare spådommer. Denne analysen baner vei for fremtidige eksperimentelle tester.

Når kommer en partikkel? PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Utvalgt bilde: En partikkel forberedt i en superposisjon av to gaussiske bølgepakker. Når pakkene overlapper i nærheten av detektoren, observeres interferens for ankomsttidspunkt.

Populært sammendrag

Målinger av tid er problematiske i kvantemekanikk siden, i motsetning til posisjon og momentum, er tid ikke beskrevet av en observerbar. Enkle spørsmål som "Når kommer en partikkel til en detektor?" er vanskelig å behandle. I litteraturen er dette ankomsttidsproblemet. Flere løsninger har blitt vurdert, for det meste gruppert i tre hovedtilnærminger: Kijowskis aksiomatiske konstruksjon, kvantefluksen og kvanteklokkeforslagene. Imidlertid fører de alle til forskjellige spådommer!

Vi identifiserer realiserbare regimer for eksperimentelt å diskriminere disse tilnærmingene. Resultatene våre viser at avvik vises i sterkt kvanteregimer, nemlig når partikkelen viser kvanteinterferens i ankomsttid: destruktiv interferens til tider da det er mindre sannsynlig å oppdage partikkelen, konstruktiv interferens når det er mer sannsynlig at deteksjon vil skje.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] W. Pauli, Generelle prinsipper for kvantemekanikk (Springer, 1980).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61840-6

[2] N. Vona og D. Dürr, The role of the probability current for time measurements, i The Message of Quantum Science: Attempts Towards a Synthesis, redigert av P. Blanchard og J. Fröhlich (Springer, 2015) Kap. 5.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-46422-9_5

[3] R. P. Feynman og A. R. Hibbs, Quantum Mechanics and Path Integrals (McGraw-Hill, 1965).

[4] S. Das og W. Struyve, Stiller spørsmål ved tilstrekkeligheten av visse kvanteankomsttidsfordelinger, Phys. Rev. A 104, 042214 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.104.042214

[5] Y. Aharonov og D. Bohm, Tid i kvanteteorien og usikkerhetsrelasjonen for tid og energi, Fysisk. Rev. 122, 1649 (1961).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.122.1649

[6] N. Grot, C. Rovelli og R. S. Tate, Ankomsttid i kvantemekanikk, Phys. Rev. A 54, 4676 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.4676

[7] E. A. Galapon, F. Delgado, J. G. Muga og I. L. Egusquiza, Overgang fra diskret til kontinuerlig ankomsttidspunkt for en kvantepartikkel, Phys. Rev. A 72, 042107 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.72.042107

[8] J. Kijowski, Om tidsoperatøren i kvantemekanikk og Heisenberg-usikkerhetsrelasjonen for energi og tid, Rep. Math. Phys. 6, 361 (1974).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0034-4877(74)80004-2

[9] V. Delgado og J. G. Muga, Ankomsttid i kvantemekanikk, Phys. Rev. A 56, 3425 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.56.3425

[10] A. Ruschhaupt og R. F. Werner, Quantum mechanics of time, i The Message of Quantum Science: Attempts Towards a Synthesis, redigert av P. Blanchard og J. Fröhlich (Springer, 2015) Kap. 14.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-46422-9_14

[11] R. Werner, Skjerm observerbare i relativistisk og ikke-relativistisk kvantemekanikk, J. Math. Phys. 27, 793 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.527184

[12] Y. Aharonov, J. Oppenheim, S. Popescu, B. Reznik og W. G. Unruh, Måling av ankomsttid i kvantemekanikk, Phys. Rev. A 57, 4130 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.4130

[13] T. Jurić og H. Nikolić, Ankomsttid fra den generelle teorien om kvantetidsfordelinger, Eur. Phys. J. Plus 137, 631 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1140/​epjp/​s13360-022-02854-w

[14] Y. Aharonov og T. Kaufherr, Quantum referanserammer, Phys. Rev. D 30, 368 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.30.368

[15] Y. Aharonov, S. Popescu og J. Tollaksen, Hvert øyeblikk av tid et nytt univers, i Quantum Theory: A Two-Time Success Story (Springer, 2014) s. 21–36.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-88-470-5217-8_3

[16] C. Rovelli, Relasjonell kvantemekanikk, Int. J. Theor. Phys. 35, 1637 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1007 / bf02302261

[17] M. Reisenberger og C. Rovelli, Spacetime states and covariant quantum theory, Phys. Rev. D 65, 125016 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevd.65.125016

[18] D. N. Page og W. K. Wootters, Evolution without evolution: Dynamics beskrevet av stasjonære observerbare, Phys. Rev. D 27, 2885 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.27.2885

[19] L. Maccone og K. Sacha, Kvantemålinger av tid, Phys. Rev. Lett. 124, 110402 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.110402

[20] V. Giovannetti, S. Lloyd og L. Maccone, Quantum time, Phys. Rev. D 92, 045033 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevd.92.045033

[21] R. Brunetti, K. Fredenhagen og M. Hoge, Time in quantum physics: From an external parameter to an intrinsic observable, Found. Phys. 40, 1368–1378 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s10701-009-9400-z

[22] S. Das og D. Dürr, Ankomsttidsfordelinger av spin-1/​2-partikler, Sci. Rep. 9, 2242 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-018-38261-4

[23] C. R. Leavens, Ankomsttid i kvante- og bohmisk mekanikk, Fysisk. Rev. A 58, 840 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.58.840

[24] A. Ananthaswamy, Kan vi måle kvantetiden for flyturen?, Sci. Er. 326, 1 (2022).

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

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

[27] M. Kozuma, L. Deng, E. W. Hagley, J. Wen, R. Lutwak, K. Helmerson, S. L. Rolston og W. D. Phillips, Koherent splitting av Bose-Einstein-kondenserte atomer med optisk indusert bragg-diffraksjon, Phys. Rev. Lett. 82, 871 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.871

[28] S. Pandey, H. Mas, G. Drougakis, P. Thekkeppatt, V. Bolpasi, G. Vasilakis, K. Poulios og W. von Klitzing, Hypersonic Bose–Einstein condensates in accelerator rings, Nature 570, 205 (2019) .
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1273-5

[29] C. R. Leavens, Romlig ikke-lokalitet av "standard" ankomsttidsfordeling, Fysisk. Lett. A 338, 19 (2005a).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2005.02.022

[30] C. R. Leavens, om den "standard" kvantemekaniske tilnærmingen til ankomsttider, fys. Lett. A 303, 154 (2002).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0375-9601(02)01239-2

[31] S. Das og M. Nöth, Ankomsttider og måleinvarians, Proc. R. Soc. A: Matematikk. Phys. Eng. Sci. 477, 2250 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2021.0101

[32] I. L. Egusquiza, J. G. Muga, B. Navarro og A. Ruschhaupt, Kommentar til: "Om standard kvantemekanisk tilnærming til ankomsttider", Fysisk. Lett. A 313, 498 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0375-9601(03)00851-X

[33] C. R. Leavens, svar på kommentar til: "Om den 'standard' kvantemekaniske tilnærmingen til ankomsttider" [Phys. Lett. A 313 (2003) 498], Phys. Lett. A 345, 251 (2005b).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2005.08.004

[34] A. J. Bracken og G. F. Melloy, Probability backflow and a new dimensjonsløst kvantetall, J. Phys. A: Matematikk. Theor. 27, 2197 (1994).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​27/​6/​040

[35] K. V. Kuchar, Tid og tolkninger av kvantetyngdekraften, Int. J. Mod. Phys. D 20, 3 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0218271811019347

[36] J. Leon og L. Maccone, Pauli-innvendingen, funnet. Phys. 47, 1597–1608 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-017-0115-2

[37] B. S. DeWitt, Kvanteteori om tyngdekraft. I. Den kanoniske teorien, Fysisk. Rev. 160, 1113 (1967).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.160.1113

[38] M. Porrmann, Partikkelvekter og deres desintegrasjon I, Commun. Matte. Phys. 248, 269–304 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-004-1092-9

[39] R. Gambini og J. Pullin, Løsningen på problemet med tid i kvantetyngdekraften løser også ankomsttidsproblemet i kvantemekanikk, New J. Phys. 24, 053011 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ac6768

Sitert av

[1] Ranjan Modak og S. Aravinda, "Ikke-hermitisk beskrivelse av skarp kvantetilbakestilling", arxiv: 2303.03790, (2023).

[2] Tajron Jurić og Hrvoje Nikolić, "Passiv kvantemåling: Ankomsttid, kvante Zeno-effekt og gamblers feilslutning", arxiv: 2207.09140, (2022).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-03-30 12:56:20). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

Kunne ikke hente Crossref sitert av data under siste forsøk 2023-03-30 12:56:18: Kunne ikke hente siterte data for 10.22331 / q-2023-03-30-968 fra Crossref. Dette er normalt hvis DOI nylig ble registrert.

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal