ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์และอะตอมฮีเลียม

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์และอะตอมฮีเลียม

ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ vs. อะตอมฮีเลียม

กระบวนการ Spontaneous parametric down-conversion สามารถแยกกลุ่มโฟตอน (photon) เป็นคู่โฟตอนชนิด II ด้วยการทำ mutually perpendicular polarization ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ (อังกฤษ: Quantum Entanglement) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อคู่หรือกลุ่มของอนุภาค (particles) ได้ถูกสร้างหรือทำปฏิกิริยาในเชิงของสถานะควอนตัม (quantum state) สถานะควอนตัมของแต่ละอนุภาคไม่สามารถอธิบายได้ว่าจะเป็นไปโดยอิสระจากอนุภาคอื่นๆ แม้ว่าอนุภาคเหล่านั้นจะถูกแยกออกในระยะห่างที่มาก ดังนั้นสถานะควอนตัมจำเป็นต้องอธิบายเป็นลักษณะของทั้งระบบ การวัดคุณสมบัติ เช่น ตำแหน่ง โมเมนตัม การหมุน และขั้ว (polarization) จะถูกทำบนกลุ่มอนุภาคพัวพัน (entangled particles) ซึ่งจะถูกพบโดยคาดคะเนว่ามีความเกี่ยวเนื่องกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าคู่ของอนุภาคถูกสร้างขึ้นโดยผลรวมการหมุนทั้งหมดเท่ากับศูนย์ และอนุภาคหนึ่งถูบพบว่ามีการหมุนตามเข็นนาฬิกาบนแกนหนึ่งๆ การหมุนของอีกอนุภาคบนแกนนั้นจะถูกพบว่าหมุนไปทางทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งคาดคะเนว่าอนุภาคเหล่านี้มีความพัวพัน (entanglement) อย่างไรก็ตามพฤติกรรมนี้ยังให้ผลที่ขัดแย้งกัน (paradoxical effects) การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งๆ สามารถสังเกตได้จากพฤติการของอนุภาคนั้น (เช่น โดยการลดจำนวนของสถานะ superposed state) และจะเปลี่ยนสถานะควอนตัมเริ่มต้นโดยจำนวนที่ไม่ระบุแน่ชัด และในกรณีของอนุภาคพัวพัน การวัดจะวางอยู่บนระบบพัวพัน (entangled system) ทั้งระบบ เป็นผลให้การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งของคู่อนุภาคพัวพันจะทำให้รู้ถึงคุณสมบัติของอีกอนุภาคหนึ่งได้ ถึงแม้ว่าจะไม่มีข้อมูลว่าอนุภาคเหล่านี้มีการสื่อสารกันได้อย่างไร โดยที่เวลาในการวัดอาจถูกแยกโดยระยะทางที่มากอย่างไม่มีกฎเกณฑ์ ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้มีการถูกบันทึกในงานวิจัยปี 1935 ของกลุ่ม Albert Einstein, Boris Podolsky และ Nathan Rosen และงานวิจัยอีกหลายฉบับของ Erwin Schrödinger ไม่นานหลังจากนั้น อธิบายถึงการเป็นที่รู้จักของกลุ่ม EPR paradox โดย Einstein และคนอื่นๆ ได้ทำการศึกษาพฤติกรรมที่เป็นไปไม่ได้ (impossible) ซึ่งเป็นการหักล้างกับความรู้แบบดั้งเดิม (local realist) โดยสิ้นเชิง (Einstein กำลังอ้างถึงการกระทำเหนือธรรมชาติ (spooky) ที่ระยะทางหนึ่ง) และแย้งว่าสมการของกลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) ที่เป็นที่ยอมรับอยู่แล้วยังไม่เสร็จสิ้น อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นการคาดการณ์โดยสัญชาตญาณ (counter-intuitive prediction) เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมได้รับการตรวจสอบทางห้องปฏิบัติการไปแล้ว การทดลองเกิดขึ้นโดยอาศัยการวัดเชิงมุม (polarization) หรือการหมุนของอนุภาคพัวพันในทิศทางต่างกันไป โดยสวนทางกับทฤษฎีบทของเบลล์ (Bell's inequality) การทดลองแสดงให้เห็นเป็นเชิงสถิติว่าความรู้แบบเดิมนั้นไม่มีความถูกต้อง แม้ว่าการวัดจะเร็วกว่าแสงที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ที่ทำการวัดก็ตาม ไม่มีอิทธิพลที่ความเร็วแสง (light speed) หรือช้ากว่าใดๆ ที่จะสามารถวิ่งผ่านระหว่างอนุภาคพัวพันนี้ได้ การทดลองไม่นานมานี้ได้ทำการวัดอนุภาคพัวพันที่เวลาน้อยกว่า 10000 เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่แสงเคลื่อนที่ระหว่างอนุภาคกลุ่มนั้น เมื่ออ้างถึงทฤษฎีควอนตัมที่เป็นทางการ ผลจากการทดลองเกิดขึ้นอย่างเฉียบพลัน ซึ่งเป็นไม่มีความเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามเราสามารถใช้ผลการทดลองนี้ในการส่งข้อมูลที่มีความเร็วเหนือแสง (faster-than-light speeds) ได้ (ดูหัวข้อ Faster-than-light § Quantum mechanics) ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ถือเป็นหัวข้อที่เหล่านักฟิสิกส์ทำการศึกษาวิจัยกันอย่างเข้มข้น ผลลัพธ์ถูกแสดงในรูปการทดลองด้วยโฟตอน (photon), นิวทริโนส (neutrinos), อิเล็กตรอน (electron), โมเลกุลของบักกี้บอลส์ (buckyballs) หรือแม้กระทั่งเพชรขนาดเล็ก งานวิจัยยังให้ความสนใจในการประยุกต์ใช้ในวงการสื่อสารและคอมพิวเตอร์อีกด้ว. อะตอมฮีเลียม (Helium atom) คืออะตอมของธาตุเคมีฮีเลียม ซึ่งฮีเลียมนั้นประกอบด้วยอิเล็กตรอนสองตัวที่ถูกแรงแม่เหล็กไฟฟ้ายึดติดไว้กับหนึ่งนิวเคลียสที่ประกอบด้วยสองโปรตอน พร้อมทั้งมีหนึ่งหรือสองนิวตรอน (ขึ้นอยู่กับไอโซโทป) ที่ยึดติดกันด้วยแรงอย่างเข้ม ในวิชากลศาสตร์ควอนตัม เรามักจะศึกษาอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีโครงสร้างอย่างง่ายที่สุด อีกอะตอมหนึ่งที่เราชอบใช้ในการศึกษา คืออะตอมของฮีเลียม ฮีเลียมเป็นธาตุที่ประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนสองตัวซึ่งดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วยแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนจำนวนสองตัวและนิวตรอนจำนวนหนึ่งหรือสองตัวตามไอโซโทป ซึ่งยึดเหนี่ยวกันอยู่ภายในด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม สมการฮาร์มิลโทเนียนของอะตอมฮีเลียม คือ โดยที่ m คือมวลของอิเล็กตรอน (โดยแท้จริงแล้ว ต้องระบุเป็นมวลลดทอน แต่เนื่องจากมวลลดทอนมีค่าใกล้เคียงมวลของอิเล็กตรอน ดังนั้นเราจึงหาสามารถใช้มวลอิเล็กตรอนในการคำนวณได้) สมการฮาร์มิลโทเนียนประกอบไปด้วย ฮาร์มิลโทเนียนของไฮโดรเจน 2 พจน์ ซึ่งมาจากอิเล็กตรอนตัวที่ 1 และตัวที่ 2 ของฮีเลียม และพจน์สุดท้ายคือพจน์ที่อธิบายแรงผลักคูลอมบ์ของอิเล็กตรอนทั้ง 2 ตัว จากพจน์ของแรงคูลอมบ์ระหว่างอิเล็กตรอน เมื่อเราใช้วิธีการรบกวน (perturbation) ในการประมาณค่าหาพลังงานของสถานะพื้นของระดับพลังงานที่เลื่อนไป ∆E จะได้ว่าพลังงานในสถานะพื้นของอะตอมฮีเลียมมีค่าประมาณ E \sim-74.8 eV.

อิเล็กตรอน

page.

ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์และอิเล็กตรอน · อะตอมฮีเลียมและอิเล็กตรอน · ดูเพิ่มเติม »