La mecánica cuántica, en contraposición a su contraparte clásica, carece de un mecanismo de medición absolutamente predecible. En consecuencia, al efectuar la medición de una variable en dos sistemas físicos idénticos en su estado cuántico, podríamos obtener resultados dispares. Esto se origina en el núcleo probabilístico de la mecánica cuántica, cuyos postulados y la conceptualización del estado cuántico son interpretaciones teóricas que fundamentan la indeterminación observacional característica de la misma.
Los estados físicos son descritos mediante vectores de estado o funciones de onda en contextos de estados puros y bases continuas, o por medio de matrices de densidad para estados mixtos. Estos instrumentos matemáticos, vector de estado y matriz de densidad, son esenciales para prever resultados en experimentos vinculados a medidas dinámicas y observables.
| Estado | Representación |
|---|---|
| Estado Puro | Vector de estado o Función de onda |
| Estado Mixto | Matriz de densidad |
El estado cuántico, una abstracción matemática compleja, desafía la intuición, particularmente por la ausencia de paralelismos con la mecánica clásica. Es importante precisar que un estado cuántico no debe ser confundido con el estado específico en que un objeto puede ser hallado, ya que un valor observable puede estar presente sin que el sistema como tal sea observable.
Tipos de Estados Cuánticos
Estado Ligado: Corresponde a un estado cuántico en un sistema físico que amalgama linealmente varios estados estacionarios asociados a los niveles energéticos definidos por el espectro puntual del operador hamiltoniano.
Estado de Colisión o No Ligado: Se caracteriza porque su amplitud de probabilidad no se extingue, incluso fuera de los límites finitos del espacio. En esta categoría, las partículas se mueven con libertad por el espacio infinito, con funciones de onda que no se anulan exponencialmente. Para su representación, se recurrió a la creación de los espacios de Hilbert equipados, facilitando así la inclusión de estas funciones de onda en la mecánica cuántica. Estos estados son fundamentales en la teoría cuántica de campos y en la física de partículas.
| Tipo de Estado | Características |
|---|---|
| Estado Ligado | Combinación lineal de estados estacionarios |
| Estado de Colisión | Amplitud de probabilidad no decrece exponencialmente |
Estado Puro de Varias Partículas: Conforme al teorema espín-estadística, un conjunto de partículas idénticas adopta un estado cuántico que es, simultáneamente, un autoestado de cualquier operador de intercambio partículas, implicando que tales estados deben ser simétricos o antisimétricos en lo que respecta al intercambio de partículas.
Estado de Mezcla de Varias Partículas y Estado Coherente: Un estado se califica como cuántico cuando un átomo se encuentra liberado de interacciones externas que podrían alterar su estado intrínseco, manteniendo la coherencia cuántica incluso tras dichas interacciones.
Superposición de Estados P
uros: Se utiliza para describir fenómenos cuánticos donde la fase relativa de los estados puros altera el resultado de la interferencia, como se ve en experimentos de doble rendija con fotones o en las oscilaciones Rabi, según la ecuación de Schrödinger.
Estados Degenerados y No-degenerados: Un estado cuántico no degenerado se define por la unicidad de valores energéticos para cada estado del sistema, mientras que en estados degenerados se presenta una multiplicidad de estados posibles para un único nivel energético.
| Concepto | Descripción |
|---|---|
| Estado Puro | Autoestado de operadores de intercambio |
| Estado Coherente | Libre de interacciones alteradoras |
| Superposición | Combinación de fases relativas de estados |
| Estados Degenerados | Varios estados posibles para una energía |