Een uitdrukking voor de maximale snelheid waarmee veranderingen in macroscopische systemen kunnen optreden, is afgeleid door een theoretisch fysicus van RIKEN. Dit zal ons begrip van kwantumverschijnselen in systemen die niet in evenwicht zijn, verdiepen.

Een van de moeilijkst te begrijpen aspecten van de kwantummechanica is het onzekerheidsprincipe van Heisenberg dat stelt dat het niet mogelijk is om zowel de positie als het momentum van een object tegelijkertijd vast te stellen. Met andere woorden, hoe nauwkeuriger de positie van een deeltje wordt bepaald, hoe groter het bereik van zijn mogelijke impuls wordt (en vice versa).

In 1945 richtten twee natuurkundigen, Leonid Mandelstam en Igor Tamm, zich op een ander type van de onzekerheidsrelatie, namelijk die tussen tijd- en energiefluctuatie, en toonden aan dat overgangen in kwantumsystemen niet onmiddellijk plaatsvinden; in plaats daarvan wordt de snelheid waarmee een overgang plaatsvindt beperkt door een hoeveelheid die wordt bepaald door hoeveel de energie van het systeem fluctueert.

Er zijn vervolgens veel andere zogenaamde kwantumsnelheidslimieten afgeleid, die hebben bijgedragen aan een beter begrip van de fysica van kwantumsystemen en die nuttig zijn geweest in verschillende kwantumtoepassingen.

Maar er ontstaan ​​grote problemen wanneer kwantumsnelheidslimieten worden toegepast op macroscopische systemen. "Vroegere kwantumsnelheidslimieten, die nuttig zijn voor kleine systemen, worden meestal zinloos voor macroscopische overgangen", merkt Ryusuke Hamazaki van het Nonquilibrium Quantum Statistical Mechanics RIKEN Hakubi Research Team op. "Bijvoorbeeld, conventionele kwantumsnelheidslimieten geven een oneindige bovengrens voor de snelheid van overgangen in een gas dat bestaat uit atomen."

Nu is Hamazaki erin geslaagd een kwantumsnelheidslimiet af te leiden voor overgangen in macroscopische systemen.

"Deze nieuwe afleiding biedt fundamentele limieten die kunnen worden toegepast op verschillende soorten niet-evenwichtige kwantummacroscopische verschijnselen", zegt hij. "Ik hoop dat veel fundamentele wetten en toepassingen met betrekking tot macroscopische kwantumdynamica zullen verschijnen op basis van de concepten die in deze studie zijn geïntroduceerd."

Hamazaki heeft de strengere kwantumsnelheidslimiet afgeleid door een algemeen raamwerk te ontwikkelen op basis van de behoudswet van waarschijnlijkheid, een fundamenteel principe in de natuurkunde.

Een onverwachte uitkomst voor Hamazaki was de ontdekking van een nieuwe ruilrelatie. "In plaats van een wisselwerking tussen tijd en energiefluctuatie, zoals in de Mandelstam-Tamm-grens, vond ik er een tussen tijd en de gradiënt van de kwantumfase - een fundamentele grootheid in de kwantumfysica."

Hamazaki is nu van plan zijn strategie uit te breiden om te zien of het kan worden gebruikt om kwantumsnelheidslimieten af ​​te leiden voor grootheden zoals de groei van kwantumverstrengeling. + Verder verkennen

Quantum snelheidslimieten zijn niet echt quantum