Kvanttipartikkelit

Kvanttipartikelit ovat hiukkasia, joiden käyttäytymistä kuvaa kvanttimekaniikka. Niiden ominaisuudet voivat ilmetä sekä hiukkasmaisina että aaltoina, ja ne voivat olla superpositsiossa sekä olla toisiinsa kytkettyjä eli kvanttisidonnaisia. Kvanttipartikeliin kuuluu sekä alkeishiukkasia, kuten elektronit, quarkit ja fotonit, että atomit ja molekyylit sekä kiteisen aineen kollektiiviset tilat.

Kvanttipartikelit jaotellaan usein spinin mukaan fermioneihin ja bosoneihin: fermionit noudattavat Fermi-Dirac -statistiikkaa ja bosonit Bose-Einstein -statistiikkaa. Alkeishiukkaset muodostavat nykyisen Standard Modelin: leptoneja (elektronit, muonit ja tauonit) sekä quarkkeja, sekä gauge-bosoneja kuten fotoneja, gluoneja sekä W- ja Z-bosoneja sekä Higgsin bosonia. Koostuishiukkaset kuten atomit ja molekyylit ovat kvanttimekaanisesti kuvaamien järjestelmien esimerkkejä.

Matematiikassa kvanttipartikkeleita kuvaavat tilat ja aaltofunktiot. Keskeisiä käsitteitä ovat superpositio, kvanttisidonnaisuus ja mittaustulokset. Spin on olennainen kvantittinen ominaisuus, ja tilastot määräytyvät Fermi-Dirac- ja Bose-Einstein-statistiikkojen mukaan.

Sovelluksina kvanttipartikkeleita hyödynnetään kvanttilaskennassa, kvanttikryptografiassa, kvanttisimuloinnissa sekä kvanttisensoroinnissa ja mittauksissa. Tutkimus kattaa sekä perustutkimuksen että teknologian kehittämisen.