Estado cuántico
Sin embargo, en física cuántica al medir una magnitud física podríamos obtener un valor diferente en mediciones diferentes sobre estados cuánticos idénticos (o si la medida es repetible, cada vez que se mida la magnitud puede aparecer un valor diferente).
La física cuántica es una rama de la física en la que el proceso de medida no es determinista, esto significa que dados dos sistemas físicos con el mismo estado cuántico, al medir sobre ellos una cierta magnitud no tiene por qué obtenerse el mismo valor.
Esto contrasta fuertemente con la noción de medición en la mecánica clásica.
El estado cuántico es una representación matemática abstracta, por lo que existe una fuente de dificultades al tratar este formalismo de la teoría por primera vez ya que no existen buenos análogos clásicos que resulten intuitivos.
Especialmente, que el estado cuántico no es el estado en el que se puede encontrar, ya que al observar un objeto cuántico se obtiene siempre un valor propio para ese observable, aunque el estado del sistema no sea un estado propio para ese observable.
Dada una partícula de pequeñas dimensiones, cuya presencia se circunscribe a una región bastante localizada del espacio, como por ejemplo un electrón de átomo, su estado cuántico puede representarse adecuadamente mediante una función de onda.
En ese caso el estado cuántico es una función de cuadrado integrable definida en todo el espacio tridimensional.
mientras que los posibles valores para la misma magnitud coincide con el espectro del operador.
La definición matemáticamente precisa de estado no ligado es compleja.
Intuitivamente una partícula que ejecuta un movimiento en una región finita del espacio tiempo o que con probabilidad uno está localizada en una región finita es un estado ligado.
El ejemplo más sencillo de estado de colisión es una partícula con un momento perfectamente definido, cuyo estado se puede representar por una onda plana.
Un estado de colisión o estado no ligado, es un estado cuántico tal que la amplitud de probabilidad no se anula fuera de ninguna región finita del espacio físico (ni tampoco decae exponencialmente ni uniformemente fuera de ninguna región finita).
Los estados de colisión por tanto representan partículas que pueden moverse por una región infinita del espacio y que cuya función de onda además no cae abruptamente hacia cero (de manera exponencial).
En muchos de esos experimentos la interacción entre dos tipos de partículas tiene lugar en una región relativamente pequeña y localizada del espacio, fuera de esa región donde se da la interacción las partículas se mueven libremente sin interacción y por tanto son estados no ligados que pueden realizar un movimiento no acotado, y por esa razón se representan como estados de colisión no renormalizables (donde la amplitud de probabilidad de presencia no decae a cero).
Dado que esos operadoradores son idempotentes solo admiten como valores propios +1 o -1 y por tanto cualquier estado físicamente realizable debe ser simétrico o antisimétrico respecto al intercambio de dos partículas cualesquiera.
El teorema espín-estadística además prueba que un estado de fermiones indiscernible debe ser un estado antisimétrico mientras uno de bosones indiscernibles debe ser simétrico.
Cuanto más libre de efecto sea la situación, (como en el caso del experimento del gato de Schrödinger), más cuántico es el sistema.
En palabras más simples, el estado cuántico es uno en el que el átomo está completamente libre de cualquier interacción con variables que puedan cambiar su estado puro, ya sea de luz, calor, o cualquier otra interacción, y con la interacción se perturba fuertemente el sistema, es decir, desaparecen los efectos cuánticos.
El proceso por el cual esa perturbación produce la pérdida de algunas características del comportamiento típicamente cuántico se conoce como decoherencia cuántica.
Esto oculta la complejidad de la descripción matemática, que se revela cuando el estado se proyecta sobre una base de coordenadas.
La expresión resultante Ψ(r)=
son dos kets que corresponden a los estados cuánticos , el ket
En otras palabras, por ejemplo, a pesar de que
siendo real) se corresponden con el mismo estado cuántico físico, no son intercambiables, ya que, por ejemplo,
no, en general, corresponde al mismo estado físico.
Esto se describe a veces diciendo que los factores de fase "globales" no son físicos.
Un ejemplo de sistema cuántico que presenta estados degenerados es el átomo hidrogenoide en el que cada nivel energético del átomo puede albergar dos electrones de la misma energía, es decir, cada electrón puede estar en uno de los dos estados posibles para ese nivel, y por tanto ambos estados son estados degenerados.
En el modelo atómico de Schrödinger la degeneración es 2n2 ya que todos los estados cuánticos que comparten el número cuántico principal n y el número cuántico azimutal l tienen la misma energía, y existiendo 2n2 estados posibles para la misma energía.
Si se tienen en cuenta las correcciones relativistas, se obtiene el modelo atómico de Dirac donde por efecto de dichas correcciones los estados con diferente número cuántico azimutal l tienen diferentes energías, y por tanto sólo existen 2(2l+1) (< 2n2) estados con la misma energía (todos aquellos que comparten en número cuántico magnético.
Si además se somete el átomo a un campo magnético, la degeneración se elimina por completo al producirse un desdoble de los niveles energéticos, teniendo ahora cada electrón energía ligeramente diferentes y existiendo ahora una relación uno a uno entre posibles energía y posibles estados.
