kvanttivärähtäjä

Kvanttivärähtäjä on fysiikan käsite, joka kuvaa järjestelmää, joka voi olla olemassa vain tietyissä diskreeteissä energiatiloissa. Tämä on seurausta kvanttimekaniikan perusperiaatteista, erityisesti Planckin kvanttihypoteesista. Yleisin esimerkki kvanttivärähtelijästä on harmoninen värähtelijä. Klassisessa fysiikassa harmoninen värähtelijä voi olla millä tahansa energialla. Kvanttimekaniikassa sen energia on kuitenkin kvantittunut.

Kvanttivärähtelijän energiatasoja kuvaa kaava E_n = (n + 1/2)ħω, missä n on ei-negatiivinen kokonaisluku (0, 1, 2, ...), ħ on redusoitu Planckin vakio ja ω on värähtelijän kulmataajuus. Nämä energiatilat ovat tasavälisiä, ja niiden välinen energiero on aina ħω. Pienin mahdollinen energia, ns. nollapiste-energia, on E_0 = 1/2ħω. Tämä tarkoittaa, että kvanttivärähtelijä ei voi koskaan olla täysin levossa, vaan sillä on aina vähintään tämä nollapiste-energia.

Kvanttivärähtelijä-malli on keskeinen monissa fysiikan sovelluksissa. Sitä käytetään kuvaamaan atomien värähtelyjä molekyyleissä ja kiinteissä aineissa, sekä kvanttikenttäteoriassa alkeishiukkasten käyttäytymistä. Esimerkiksi valon kvantti, fotoni, voidaan ajatella sähkömagneettisen kentän kvanttivärähtelijän viritystilana. Kvanttivärähtelijän ymmärtäminen on olennaista kvanttimaailman ilmiöiden selittämisessä.