¿Por qué la función de onda electrónica no colapsa dentro de los átomos a temperatura ambiente en gases, líquidos o sólidos debido a la decoherencia?

Question

La decoherencia teoría predice que cualquier partícula cuántica junto a cualquiera de los "grandes" medio ambiente debe someterse a la decoherencia y su función de onda debe colapso. Esto explica por qué la medición conduce a wavepacket reducción.

Sin embargo, en los sólidos, líquidos o gases, los electrones dentro de los átomos no reducir y permanecer como wavefunctions (órbitas) de alguna manera protegido contra el medio ambiente de los átomos.

Esto es sorprendente, ya que los átomos están a temperatura ambiente, con un montón de cosas para interactuar con los átomos vecinos, la luz, las excitaciones térmicas, etc. Así que cualquier idea de por qué los electrones parecen 'protegido' de un wavepacket reducción en los átomos?

Answer 1

Bienvenidos a la SE -- ¡buena pregunta! La decoherencia no significa que no habrá una función de onda ya, sólo significa que si el electrón se convierte, junto con el entorno que la rodea, su estado será descrito por probabilística de la mezcla de orbitales wavefunctions en lugar de una (coherente) superposición de los mismos. Los electrones en un átomo no tiene algunos "no-quantum" de estado(s) que pueden colapsar en -- colapso simplemente significa que va a terminar en uno de los estados orbitales.

Como un ejemplo simplificado, considere la posibilidad de estados de spin de un electrón (más simple que la de los orbitales, porque sólo hay dos de ellos). Deje $|0\rangle$ e $|1\rangle$ ser algunos (ortonormales) la base de estados de este sistema. Entonces, si el electrón está inicialmente en el estado $$\frac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle+|1\rangle),$$ un (coherente) superposición de la base de dos estados, después de que se ha interactuado con un poco de ruido al medio ambiente por un tiempo, nos sería de esperar que su estado evolucionando hacia un probabilística de la mezcla de los estados $|0\rangle$ e $|1\rangle$ (asumiendo que se está representando en este caso), con probabilidades de 0.5 cada uno a menos que haya algún otro factor de sesgo. Pero el electrón no puede girar por arte de magia entrar en otro estado que no es una combinación lineal de estos; de igual manera, la órbita del estado sigue siendo un orbital estado, aún cuando se decoheres.

Answer 2

Estoy de acuerdo con la respuesta, pero dado que hay múltiples maneras de ver esto aquí es otro: el De que un electrón está inicialmente en su estado fundamental para ser localizados espacialmente requiere, necesariamente, que un poco de energía a ser añadido. Para un átomo de hidrógeno, la energía necesaria es de al menos 10 eV (para llegar a la segunda línea de comandos), y cada vez más de esto para hacer una cada vez más localizadas wavepacket. Esto requiere de fotones de alta energía, y allí normalmente a temperaturas que encontramos en la Tierra) no se que muchos de los que lo rodean, ni hay suficiente de baja energía de los fotones de múltiples fotones de las transiciones a ser probable.

En una de alta-la temperatura del entorno en el que hay son un montón de rayos x y los rayos gamma, los fotones a la unidad de estas transiciones, probablemente no tendrían de hidrógeno neutro, pero en lugar de un plasma. Los electrones en este plasma de hecho podría estar localizada en una escala más pequeña que la de los orbitales del hidrógeno, en función de parámetros tales como la densidad.

Este tema de la necesidad de altas energías para resolver pequeñas localidades puede sonar familiar, es otra manifestación de por qué necesitamos enormes aceleradores como el LHC directamente de la sonda de la física en muy pequeñas escalas de longitud dentro de un nucleón.