Un nuovo modello per calcolare il momento in meccanica quantistica

La meccanica quantistica è un metodo straordinariamente efficace di comprendere il mondo fisico su scale estremamente ridotte. Occasionalmente, tuttavia, incontriamo dei problemi nella meccanica classica che pongono particolari difficoltà nella trasposizione al mondo quantistico.

Un nuovo studio pubblicato su The European Physical Journal D ha fornito alcuni spunti su uno di essi: il momento. Gli autori, i fisici teorici Fabio Di Pumpo e Matthias Freyberger dell'Università di Ulm, Germania, presentano un elegante modello matematico di quantità di moto accessibile attraverso un altro concetto classico: il tempo di volo.

Ricorderete certamente la definizione tradizionale di quantità di moto: il prodotto della massa di un oggetto e della velocità a cui viaggia. Nella teoria quantistica un oggetto è rappresentato da una funzione d'onda e la sua posizione non può essere determinata a meno che la funzione d'onda non sia "collassata" in un singolo stato. Questa è l'essenza della misurazione nella meccanica quantistica.

Il momento classico può essere stimato semplicemente misurando il tempo impiegato da un oggetto ad andare da un punto A ad un punto B, trovando la velocità e moltiplicando per la massa. Di Pumpo e Freyberger hanno sviluppato un modello dell'equivalente quantistico di questo esperimento in cui i ruoli di tempo e distanza sono invertiti: i punti temporali sono fissi e le posizioni probabilistiche di una funzione d'onda in ciascun punto, e quindi la distanza tra loro, stimata. Questo approccio utilizza sistemi quantistici aggiuntivi chiamati puntatori che sono accoppiati a un pacchetto di onde usando un metodo sviluppato da von Neumann, con misurazioni effettuate sui puntatori anziché sull'onda.

Di Pumpo e Freyberger sono stati in grado di ottenere una singola quantità misurabile che è un equivalente quantistico del tempo di volo classico e di calcolare il momento di una particella quantistica in modo abbastanza preciso. La meccanica quantistica sa essere anche molto strana.