Einselection - Einselection

Na mecânica quântica , einselections , abreviação de " superseleção induzida pelo ambiente ", é um nome cunhado por Wojciech H. Zurek para um processo que se afirma explicar o aparecimento do colapso da função de onda e o surgimento de descrições clássicas da realidade a partir de descrições quânticas . Nesta abordagem, a classicidade é descrita como uma propriedade emergente induzida em sistemas quânticos abertos por seus ambientes. Devido à interação com o ambiente, a grande maioria dos estados no espaço de Hilbert de um sistema aberto quântico torna-se altamente instável devido à interação emaranhada com o ambiente, que na verdade monitora observáveis ​​selecionados do sistema. Depois de um tempo de decoerência , que para objetos macroscópicos é tipicamente muitas ordens de magnitude mais curto do que qualquer outra escala de tempo dinâmica, um estado quântico genérico decai para um estado incerto que pode ser expresso como uma mistura de estados de ponteiro simples . Desta forma, o ambiente induz regras de superseleção eficazes. Assim, a einselection impede a existência estável de superposições puras de estados de ponteiro. Esses ' estados do ponteiro ' são estáveis ​​apesar da interação ambiental. Os estados einselecionados carecem de coerência e, portanto, não exibem os comportamentos quânticos de emaranhamento e superposição .

Os defensores dessa abordagem argumentam que, uma vez que apenas estados quase-locais, essencialmente clássicos, sobrevivem ao processo de decoerência, a e-inseleção pode explicar de muitas maneiras a emergência de uma realidade (aparentemente) clássica em um universo fundamentalmente quântico (pelo menos para observadores locais). No entanto, o programa básico foi criticado por se basear em um argumento circular (por exemplo, RE Kastner ). Portanto, a questão de saber se o relato da 'einselection' pode realmente explicar o fenômeno do colapso da função de onda permanece incerta.

Definição

Zurek definiu a einselecção da seguinte forma "A descoerência leva à einseleção quando os estados do ambiente correspondentes aos diferentes estados do ponteiro tornam-se ortogonais: ", ${\ displaystyle | \ epsilon _ {i} \ rangle}$${\ displaystyle \ langle \ epsilon _ {i} | \ epsilon _ {j} \ rangle = \ delta _ {ij}}$

Detalhes

Os estados de ponteiros einselecionados são diferenciados por sua capacidade de persistir apesar do monitoramento ambiental e, portanto, são aqueles em que sistemas abertos quânticos são observados. Compreender a natureza desses estados e o processo de sua seleção dinâmica é de fundamental importância. Este processo foi estudado primeiro em uma situação de medição: quando o sistema é um aparato cuja dinâmica intrínseca pode ser negligenciada, os estados do ponteiro acabam sendo autoestados da interação hamiltoniana entre o aparato e seu ambiente. Em situações mais gerais, quando a dinâmica do sistema é relevante, a einseleção é mais complicada. Os estados do ponteiro resultam da interação entre a autoevolução e o monitoramento ambiental.

Para estudar a einselection, uma definição operacional de estados de ponteiro foi introduzida. Este é o critério da "peneira de previsibilidade", baseado em uma ideia intuitiva: os estados de ponteiro podem ser definidos como aqueles que se tornam minimamente emaranhados com o ambiente no decorrer de sua evolução. O critério de peneira de previsibilidade é uma forma de quantificar essa ideia usando o seguinte procedimento algorítmico: Para cada estado puro inicial , mede-se o emaranhamento gerado dinamicamente entre o sistema e o ambiente calculando a entropia: ${\ displaystyle | \ psi \ rangle}$

${\ displaystyle {\ mathcal {H}} _ {\ Psi} (t) = - \ operatorname {Tr} \ left (\ rho _ {\ Psi} (t) \ log \ rho _ {\ Psi} (t) \direito)}$

ou alguma outra medida de previsibilidade da matriz de densidade reduzida do sistema (que é inicialmente ). A entropia é função do tempo e funcional do estado inicial . Estados ponteiro são obtidos através da minimização longo e exigente que a resposta seja robusto quando variando o tempo . ${\ displaystyle \ rho _ {\ Psi} \ left (t \ right)}$${\ displaystyle \ rho _ {\ Psi} (0) = | \ Psi \ rangle \ langle \ Psi |}$${\ displaystyle \ left | \ Psi \ right \ rangle}$${\ displaystyle {\ mathcal {H}} _ {\ Psi} \,}$${\ displaystyle \ left | \ Psi \ right \ rangle}$${\ displaystyle t \}$

A natureza dos estados do ponteiro foi investigada usando o critério de peneira de previsibilidade apenas para um número limitado de exemplos. Além do caso já mencionado da situação de medição (onde os estados dos ponteiros são simplesmente autoestados da hamiltoniana de interação), o exemplo mais notável é o de uma partícula browniana quântica acoplada através de sua posição com um banho de osciladores harmônicos independentes . Nesse caso, os estados do ponteiro estão localizados no espaço de fase , embora a interação hamiltoniana envolva a posição da partícula. Os estados de ponteiro são o resultado da interação entre a autoevolução e a interação com o meio ambiente e tornam-se estados coerentes.

Também há um limite quântico de decoerência: quando o espaçamento entre os níveis de energia do sistema é grande em comparação com as frequências presentes no ambiente, os estados próprios de energia são selecionados de forma quase independente da natureza do acoplamento sistema-ambiente.

Decoerência colisional

Tem havido um trabalho significativo na identificação correta dos estados do ponteiro no caso de uma partícula massiva descoerida por colisões com um ambiente fluido, geralmente conhecido como descoerência colisional . Em particular, Busse e Hornberger identificaram certos pacotes de ondas solitônicas como sendo invulgarmente estáveis ​​na presença de tal decoerência.

Referências