Kvantenheter

Kvantenheter er de minste, udelelige enhetene for en fysisk størrelse som kan eksistere i bestemte verdier ifølge kvantemekanikken. Begrepet beskriver hvordan mange målte størrelser er kvantisert og derfor deles opp i enkelte pakker eller «kvanta» i stedet for å kunne ta vilkårlige, kontinuerlige verdier.

Et vanlig eksempel er energi. Et foton har energi E = hν, og i systemer som kan beskrives som harmoniske oscillatorer er energinivåene E_n = (n + 1/2)ħω. Vinkelmomentet er også kvantisert: L^2 har verdier ℓ(ℓ+1)ħ^2 og L_z har verdier mħ. I faste stoffer finnes kvanta som fononer (vibrasjonsquanta) og magnoner (mangneter), som beskriver kollektive excitations av lattice og spin.

Kvantisering betyr ikke at alle observabler er diskrete; noen operatorer har kontinuerlige spektrum mens andre har diskrete verdier. Kvantenheter oppstår som et resultat av korrekte kvanteoperatorers matrisestruktur og grensebetingelser i systemet.

Historisk stammer ideen fra Plancks kvantisering av energi og Bohrs modell av atomene, videreutviklet av Einstein, Dirac og andre som etablerte grunnlaget for kvantemekanikken. Planckkonstanten h og det nære forholdet mellom energi og frekvens har vist seg sentrale for å beskrive kvantenheter i naturen.

Etymologisk kommer ordet kvante fra tysk Quant (kvalitativ enhet), mens enhet betegner en definert måleenhet i norsk språk. Se også kvantemekanikk, foton, fonon og kvanteinformasjonsprinsipper.