Teilchensystem

Ein Teilchensystem bezeichnet eine Menge von Teilchen, deren gemeinsames Verhalten als System untersucht wird. Es kann sich um klassische Teilchen oder um identische Quantenteilchen handeln. Die Zustandsbeschreibung unterscheidet sich je nach Formalismus: In der klassischen Mechanik durch die Positionen q1,..., qN und Impulse p1,..., pN im Phasenraum; in der Quantenmechanik durch einen Zustandvektor oder einen Dichteoperator im Hilbertraum.

In klassischen N-Körper-Systemen bestimmt eine Hamilton-Funktion H(q,p) die Dynamik; Teilchen wechselwirken über eine potenzielle Energie U(q). Bei großen N werden statistische Methoden eingesetzt, um makroskopische Größen wie Druck, Temperatur und Energie zu beschreiben. Typische Modelle sind ideale Gase oder Gittermodelle.

Quantenmechanische Teilchensysteme erfordern die Behandlung von Identität und Symmetrie. Die Wellenfunktion ist entweder symmetrisiert oder antisymmetrisiert (Bosonen bzw. Fermionen). Messbare Größen ergeben sich aus Erwartungswerten oder dem Dichteoperator. Die Zeitentwicklung folgt der Schrödinger- oder der von-Neumann-Gleichung. Viele-Körperprobleme sind zentral in Kondensations- und Festkörperphysik.

Anwendungen umfassen das ideale Gas, Elektronengas in Metallen, Atome in optischen Gittern und Moleküle in Gasen. In der Festkörperphysik spielen Phononen und Magnonen eine Rolle. Theoretische Konzepte wie Mikrokanon, Kanon und Großkanon verbinden Mikro- und Makroebene.

Der Begriff betont die Trennung zwischen einzelnen Teilchen und ihrem kollektiven Verhalten; praktische Berechnungen erfordern oft Näherungen oder numerische Methoden.