Fluttuazione quantistica

In meccanica quantistica, le fluttuazioni quantistiche sono continui mutamenti temporanei nello stato di energia dello spazio vuoto, in accordo con il principio di indeterminazione di Heisenberg, che consentono la creazione di coppie virtuali particella-antiparticella. Pertanto il vuoto è in realtà sede di incessanti processi di creazione e annichilazione, che non appaiono perché la scala di energia è piccola e le fluttuazioni tendono ad annullarsi l'un l'altra.^[1]

Animazione 3D delle fluttuazioni quantistiche

Principi

In base al principio di indeterminazione, l'energia e il tempo sono legati tra loro dalla relazione

${\displaystyle \Delta E\Delta t\geq {h \over 4\pi }}$^[2]

Questo significa che la conservazione dell'energia può essere violata, ma solo per brevissimi periodi di tempo: minore è l'energia presente nella fluttuazione, tanto più a lungo la violazione può persistere. L'indeterminazione quantistica permette quindi l'apparizione nel vuoto di piccole quantità di energia di un valore sufficiente ad assumere la forma di coppie particella-antiparticella di vita molto breve, ad esempio una coppia elettrone-positrone. Gli effetti di queste particelle sono misurabili, ad esempio sulla carica effettiva dell'elettrone, che è diversa dalla sua carica "nuda", o nell'effetto Casimir.

L'energia è sempre conservata, ma gli autovalori dell'operatore hamiltoniano dell'energia osservabile non sono gli stessi (cioè non commutano) degli operatori numerici delle particelle. Le fluttuazioni quantistiche avrebbero giocato un ruolo molto importante nel determinare la struttura dell'universo primordiale dopo il Big Bang, essendo state amplificate dall'espansione nel modello dell'inflazione cosmica e formando il nucleo originario di tutte le strutture attualmente osservabili.

Note

1. Fluttuazioni quantistiche, su: Treccani, Enciclopedia della Scienza e della Tecnica
2. Leonid Mandelshtam e Igor Tamm, The uncertainty relation between energy and time in nonrelativistic quantum mechanics, in Izv. Akad. Nauk SSSR (ser. Fiz.), vol. 9, 1945, pp. 122–128.. English translation: J. Phys. (USSR) 9, 249–254 (1945).

Bibliografia

• Lawrence B. Crowell: Quantum fluctuations of spacetime. World Scientific, Singapore 2005, ISBN 978-981-256-515-0
• Robert W. Carroll: Fluctuations, information, gravity and the quantum potential. Springer, Amsterdam 2006, ISBN 978-1-4020-4003-0
• Helmut Hetznecker: Kosmologische Strukturbildung - von der Quantenfluktuation zur Galaxie. Spektrum Akad. Verl., Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-1935-4
• E. Calloni, (et al.): Vacuum fluctuation force on a rigid Casimir cavity in a gravitational field. Physics Letters A,Volume 297, Issues 5-6, 20 Mai 2002, S.328-333 (EN) Abstract, su sciencedirect.com. URL consultato il 6 novembre 2021 (archiviato dall'url originale il 4 gennaio 2013). in arxiv
• L. H. Ford, (et al.): Focusing vacuum fluctuations. II. Phys. Rev. A, Volume 66, Issue 6, 062106 (2002) in arxiv

Voci correlate

• Effetto Casimir
• Particella virtuale
• Transizione di fase quantistica

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