מספר קוונטי
מושג פיזיקלי / ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
מספר קוונטי (Quantum number) הוא ערך מספרי המתאר כמות נשמרת של גודל פיזיקלי בדינמיקה של מערכת קוונטית – מערכת של חלקיקים קוונטיים, אחד או יותר.
היבט חשוב של הפיזיקה הקוונטית הוא הקוונטיזציה של כמויות נצפות, הנובעת מכך שמספרים קוונטיים הם קבוצות בנות מנייה של סט דיסקרטי של מספרים שלמים, חצי שלמים או שליש שלמים. הקוונטיזציה היא אחד ההבדלים החשובים בין מכניקת הקוונטים לבין המכניקה הקלאסית, בה הערכים המאפיינים את גודלי המערכת רציפים ולא בדידים. מספרים קוונטיים רבים הם גודל חסר מימד. לעומת זאת, חלק מהמספרים הקוונטיים הם ממדיים, כגון מטען חשמלי, הנמדד ביחידות של מטען יסודי, או ספין, הנמדד ביחידות של קבוע פלאנק המצומצם.
כל התהליכים הפיזיקליים מקיימים חוקי שימור: לאחר שחלקיק, או מערכת של חלקיקים, הופכים לחלקיקים אחרים, סכומם של חלק מהמספרים הקוונטיים, שאפיינו את החלקיקים הנכנסים, זהה לסכום אותם מספרים קוונטיים המאפיינים את החלקיקים היוצאים. לדוגמה, אם אלקטרון (בעל מטען חשמלי של מינוס 1) ופוזיטרון (בעל מטען חשמלי של 1) מאיינים זה את זה, סכום המטענים החשמליים של החלקיקים היוצאים מהאירוע חייב להיות 0. אכן, תוצאה שכיחה של התנגשות אלקטרון-פוזיטרון היא שני פוטונים, שמטענם החשמלי הוא 0. לעומת זאת, אפשר שמקצת המספרים הקוונטיים של החלקיקים הנכנסים יהיו שונים מאלו של החלקיקים היוצאים, כלומר, יופר חוק שימור. דוגמה לתהליך כזה היא המרה של קווארקים מסוימים לקווארקים אחרים, כפי שעושה למשל דעיכת בטא, הגורמת לכך שהאיזוספין של החלקיק היוצא יהיה שונה מזה של החלקיק הנכנס. תהליכים אלו מתווכים על ידי הכוח החלש. לפי משפט נתר, חוקי שימור קשורים לסימטריה. לכן, תהליכים המפירים חוק שימור הם דוגמה לשבירת סימטריה, כגון שבירת סימטריה ספונטנית.
עבור כל מערכת קוונטית, קיים מספר קוונטי אחד או יותר המתאר אותה. לכן, קשה למנות את כל המספרים הקוונטיים האפשריים. המספרים הקוונטיים נחלקים לשתי משפחות עיקריות. הראשונה היא מספרים קוונטיים כלליים, העשויים לתאר כל חלקיק קוונטי. רבים מאלו הם מספרים קוונטיים של טעם (flavor quantum numbers), הקובעים את סוג החלקיק. השימוש במספרים אלו נפוץ בתחום פיזיקת החלקיקים. המשפחה השנייה היא מספרים קוונטיים אלקטרוניים, המתארים את רמות האנרגיה של אלקטרונים באטומים. מספרים אלו מוגדרים כ"סט של ערכים מספריים אשר נותנים פתרונות מקובלים של משוואת הגלים של שרדינגר עבור אטום המימן". השימוש במספרים אלו נפוץ בתחום פיזיקת הקוונטים.