kvanttimuuttujaa

Kvanttimuuttuja on fysikaalinen suure, jonka arvo kvanttimekaniikassa ei voi olla mikä tahansa reaaliluku. Sen sijaan kvanttimuuttujan arvot ovat diskreettejä eli ne voivat esiintyä vain tietyissä, toisistaan erillisissä arvoissa. Tämä on yksi kvanttimekaniikan perustavanlaatuisista eroista klassiseen fysiikkaan, jossa useimmat suureet ovat jatkuvia.

Kvanttimuuttujien diskreetti luonne ilmenee monissa ilmiöissä. Esimerkiksi atomin elektronin energiatasot ovat kvantittuneita, mikä tarkoittaa, että elektronit voivat olla vain tietyillä energiatasoilla eivätkä niiden välillä. Tämä selittää atomien vakauden ja niiden säteilemän tai absorboiman valon diskreettejä aallonpituuksia. Myös spin, fotonin polarisaatio ja hiukkasen paikka tietyissä tilanteissa voivat olla kvantittuneita.

Matemaattisesti kvanttimuuttujia kuvataan operaattoreilla, jotka vaikuttavat kvanttitilaa kuvaavaan vektoriin. Operaattorin ominaisarvot vastaavat mittauksessa mahdollisesti saatavia kvanttimuuttujan arvoja. Kun kvanttimuuttujaa mitataan, järjestelmä "romahtaa" yhteen operaattorin ominaisarvoista, ja mittaustulokseksi saadaan tämä arvo. Kvantittuminen on keskeinen käsite ymmärrettäessä mikroskooppisten järjestelmien käyttäytymistä ja sen sovelluksia esimerkiksi lasertekniikassa ja puolijohdelaitteissa.