¿Cada interacción de objetos cuánticos introduce una reacción inversa?

Suponga que tiene un oscilador mecánico cuántico, por ejemplo, una partícula en un potencial V(qx)∝q2x. Ahora, la posición de la partícula se medirá haciendo que los fotones se dispersen desde la partícula y luego detecte el vector k y la fase de los fotones (de hecho, una medición cuántica indirecta).

Tenga en cuenta que en un potencial mecánico cuántico la partícula se encuentra en un nivel de energía estable. La dispersión no será contra la partícula sino contra todo el sistema. El experimento se ha realizado en la medición de los orbitales del átomo de hidrógeno recientemente.

Tenga en cuenta el lenguaje mecánico cuántico:

demostrar cómo la microscopía de fotoionización mapea directamente la estructura nodal de un orbital electrónico de un átomo de hidrógeno colocado en un campo eléctrico de CC. Este experimento, inicialmente propuesto hace más de 30 años, brinda una mirada única a uno de los pocos sistemas atómicos que tiene una solución analítica para la ecuación de Schrödinger. Para visualizar la estructura orbital directamente, los investigadores utilizaron una lente electrostática que magnifica la onda de electrones saliente sin alterar su coherencia cuántica.

Un microscopio de fotoionización proporciona una observación directa del orbital electrónico de un átomo de hidrógeno. El átomo se coloca en un campo eléctrico E y se excita con pulsos de láser (mostrado en azul). El electrón ionizado puede escapar del átomo a lo largo de trayectorias directas e indirectas con respecto al detector (que se muestra en el extremo derecho). La diferencia de fase entre estas trayectorias conduce a un patrón de interferencia, que se magnifica mediante una lente electrostática.

Entonces, en el sistema mecánico cuántico no hay una "reacción de acción" directa, solo probabilidades. Para aprender acerca de la estructura de la función de onda en el espacio, el experimento es destructivo, la energía del fotón lanza un electrón y ese átomo ya no es descrito por la función de onda original. La historia se registra de forma acumulativa.

El principio de incertidumbre de Heisenberg ahora nos dice que, al medir el fotón disperso, introduciríamos una acción inversa sobre el impulso de las partículas. La fuerza de la acción trasera viene dada por Δqx⋅Δpx≥ℏ/2.

No, como máximo, si dispersamos un fotón de un átomo de forma no destructiva, nos diría algo sobre la posición del átomo, y todo el átomo interactuaría para dispersar, no la partícula en el pozo, todo el sistema atómico.

La pregunta es: ¿Los fotones dispersos, que no detecto con mi dispositivo de medición (y por ejemplo son absorbidos en alguna pared o en alguna óptica en el camino) contribuyen a la perturbación introducida en el momento de las partículas?

La partícula está feliz en el pozo de potencial, o ha sido impulsada a un nivel superior, o la partícula ha sido expulsada por completo y el problema de QM ha cambiado. Es el átomo ENTERO (partícula en el pozo de potencial) el que tendrá una perturbación de un fotón que se dispersará en el caso no destructivo.

En todo caso se atiende al principio de incertidumbre de heisenberg en la forma probabilística de la solución de ecuaciones mecánicas cuánticas.

Nuevamente, 1, 2 no tienen significado dentro de la mecánica de auantum de la manera escrita. Es el átomo, no la partícula.

Mi respuesta involucra soluciones conocidas de la ecuación de Schrödinger con un potencial dado. Todavía se mantiene para cualquier potencial que una partícula en un pozo de potencial no es "libre" para moverse e interactuar, todo el sistema absorbe fotones y eleva las partículas a un estado superior.

Me pregunto si ha entendido mal y está hablando de fotones virtuales.

La pregunta es: ¿Los fotones dispersos, que no detecto con mi dispositivo de medición (y por ejemplo son absorbidos en alguna pared o en alguna óptica en el camino) contribuyen a la perturbación introducida en el momento de las partículas?

Sí, los eventos de dispersión en general cambian el estado del objeto/partícula cuántica. Si conoce el estado inicial exacto de la luz/fotón y mide el estado disperso, entonces puede inferir el cambio de estado del objeto del que se dispersó (y así actualizar su conocimiento del estado cuántico de la partícula). Pero el hecho de que no mire (o mida) no significa que la interacción (y el cambio de estado posterior) no haya ocurrido.

Si no mide el haz/partícula dispersado, entonces debe promediar sobre su ignorancia de todas las posibles posibilidades de dispersión (ponderadas por las probabilidades correctas, etc.). El resultado de este proceso es crear o agregar incertidumbre (clásica) o mezclar su estado cuántico (este proceso también se conoce como decoherencia ).

En su ejemplo de dispersión de luz de una partícula atrapada, hay dos efectos físicos principales (relacionados). La primera es que la dispersión de la luz de cada fotón ocurre en una dirección aleatoria, lo que le da a la partícula un impulso en una dirección aleatoria. El resultado es una forma de calentamiento del grado de libertad del centro de masa de la partícula que se conoce como calentamiento por retroceso. Una derivación cuántica muy completa se puede encontrar aquí .

El segundo efecto físico de esta dispersión es la supresión o decoherencia de las superposiciones cuánticas macroscópicas (o los llamados estados del gato de Schrödinger). Se puede encontrar una introducción realmente agradable/legible aquí (la sección IVa aborda explícitamente la decoherencia debido a la dispersión).

La respuesta tentativa a su pregunta es "No": no todas las interacciones cuánticas producen una acción inversa. Hay todo un campo de estudio bajo el título de "Medición cuántica sin demolición" . Un ejemplo simple de esto es ilustrado por el experimento mental del detector de bombas .