Οι ερευνητές υπολογίζουν την πιθανότητα μετάπτωσης μίας κβαντικής κατάστασης όταν η πορεία της παρεμποδίζεται από την έλλειψη τελικών καταστάσεων.
Τα κβαντικά συστήματα είναι εύθραυστα, υπό την έννοια ότι μια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση γενικά μεταπίπτει σε άλλες καταστάσεις με την πάροδο του χρόνου. Η διαδικασία αυτή της μετάπτωσης περιγράφεται από τον χρυσό κανόνα του Fermi (Fermi’s golden rule – FGR), ο οποίος με την τυπική του μορφή ισχύει όταν υφίσταται ένα άπειρο συνεχές φάσμα καταστάσεων στις οποίες μπορεί να μεταπέσει η κατάσταση του κβαντικού συστήματος· για παράδειγμα, όταν ένα διεγερμένο άτομο εκπέμπει ένα φωτόνιο στο κενό.
Πρόσφατα, ο Tobias Micklitz από το Brazilian Center for Research in Physics και οι συνεργάτες του, ανέπτυξαν και έλυσαν ένα μοντέλο που δείχνει πώς εξελίσσεται ένα κβαντικό σύστημα, όταν η αρχική του κατάσταση συνδέεται με ένα πεπερασμένο σύνολο καταστάσεων κατανεμημένων σε διακριτά ενεργειακά επίπεδα. Ο Micklitz λέει ότι το μοντέλο τους θα μπορούσε να αποτελέσει το θεμέλιο για μοντέλα που αφορούν πιο πολύπλοκα, πολλών-σωμάτων κβαντικά συστήματα.
Τα συστήματα που υπακούουν στον κανόνα FGR καταλαμβάνουν το ένα άκρο της κλίμακας, εκεί όπου η ισχύς σύζευξης μεταξύ της αρχικής και της τελικής κατάστασης των συστημάτων είναι μεγάλη συγκριτικά με το ενεργειακό διάστημα μεταξύ των διαφόρων τελικών καταστάσεων (μηδέν για ένα συνεχές φάσμα καταστάσεων).
Στο άλλο άκρο της κλίμακας, η ισχύς σύζευξης είναι πολύ μικρότερη σε σχέση με αυτό το διάστημα. Ένα σύστημα που βρίσκεται σε αυτό το δεύτερο καθεστώς παραμένει στην αρχική του κατάσταση, καθώς υπάρχουν πολύ λίγες διαθέσιμες τελικές καταστάσεις για να μεταπέσει.
Ο Micklitz και οι συνεργάτες του μελετούν το ενδιάμεσο καθεστώς, όπου αναδύεται μία FGR-παρόμοια συμπεριφορά. Εξάγουν αναλυτικά τη χρονοεξαρτώμενη πιθανότητα παραμονής μιας μεμονωμένης διεγερμένης κατάστασης, για διαφορετικές δυνάμεις σύζευξης και ενεργειακά φάσματα τελικής κατάστασης, καταλήγοντας σε ένα απροσδόκητα πολύπλοκο σύνολο αποτελεσμάτων.
Το πιο εκπληκτικό, σύμφωνα με τον Micklitz, είναι πως αυτό το ενδιάμεσο καθεστώς μπορεί να περιγραφεί αναλυτικά, πλήρως. Ο Micklitz λέει ότι σχεδιάζουν να εφαρμόσουν τη μέθοδο σε ένα σύνολο ιδιοστροφορμών, σχετιζόμενων με μια κβαντική τελεία· ένα πολύ πιο δύσκολο πρόβλημα.
Παραπομπές: T. Micklitz et al., “Emergence of Fermi’s golden rule,” Phys. Rev. Lett. 129, 140402 (2022).
Πηγή: https://physics.aps.org/
