kvanttivärähtelijällä

Kvanttivärähtelijä on teoreettinen fysikaalinen malli, jota käytetään kuvaamaan pienten, värähtelevien systeemien, kuten atomien tai molekyylien, käyttäytymistä kvanttimekaniikan periaatteiden mukaisesti. Se on yksi kvanttimekaniikan perusobjekteista, ja sen avulla voidaan ymmärtää esimerkiksi säteilyn ja aineen vuorovaikutusta.

Yksinkertaisimmassa muodossaan kvanttivärähtelijä kuvaa hiukkasta, joka on vangittuna potentiaalikuoppaan, jossa potentiaali kasvaa etäisyyden neliön mukaisesti. Tämä potentiaali mallintaa esimerkiksi jousella sidottua massaa klassisessa mekaniikassa. Kvanttimekaniikassa tällaisen värähtelijän energia ei kuitenkaan voi saada mitä tahansa arvoja, vaan se on kvantittunut. Tämä tarkoittaa, että värähtelijällä on vain tiettyjä sallittuja energiatasoja, jotka ovat erillisiä.

Energiatasojen väliset erot ovat aina yhtä suuret, ja pienin mahdollinen energia, nollapiste-energia, ei ole nolla. Tämä johtuu Heisenbergin epätarkkuusperiaatteesta. Kvanttivärähtelijän energiatilat voidaan kuvata kvanttiluvuilla, jotka määräävät värähtelijän energiatilan ja sen todennäköisyysjakauman avaruudessa.

Kvanttivärähtelijän mallia sovelletaan monilla fysiikan aloilla, kuten kiinteän olomuodon fysiikassa (esim. fononien kuvaus) ja kvanttikenttäteoriassa. Se on keskeinen työkalu monien ilmiöiden ymmärtämisessä, jotka liittyvät värähtelyyn ja kvanttimaailmaan.