Ställ era frågor om kvantmekanik

Jo, det beror mycket på energin men vid normal förhållanden har partiklar (som är i termisk jämvikt) en energi som beror på temperaturen. Därför är det i praktiken massan som är det viktiga.

de Broglies formel är inte alltid så användbar (förutom om man gör dubbelspaltsexperiment), det är liksom oklart vad man ska stoppa in för hastighet där. Det kan vara mer intressant att se hur fort vågfunktionen för ett objekt sprider ut sig i rummet efter att ha blivit lokaliserad. Räknar man ut det får man en spridningshastighet som är proportionell mot 1/m. Du sprids alltså ut ca 10^33 ggr långsammare än en elektron. Spridningen motverkas dessutom av din interaktion med omgivningen. I den här tabellen kan man se hur fort objekt lokaliseras pga olika typer av interaktion med omgivningen. Notera att även neutriner från solen och fotoner från den kosmiska bakgrundsstrålningen mäter din position och får din vågfunktion att lokaliseras.
http://books.google.com/books?id=6eTHcxeNxdUC&lpg=PA67&ots=BnOY7G0hhH&dq=t egmark%20decoherence%20rates%20bowling%20ball&pg=P A67#v=onepage&q&f=false

Hej

Tänkte om nån skulle ha ork att förklara för mig gruderna till elementärpartiklar lite närmare.

Om jag förstår det rätt så finns det 12st olika fermioner och 4st olika bosoner.

Om man bara ser till kvarkar och närmare upp- och nedkvarkar så växelverkar de med varandra genom alla de fyra krafterna. Kan man säga att de genom denna växelverkan överför egenskaper mellan varandra?

Vilka egenskaper kan man säga att upp- och nedkvarken har? Massa, laddning, färg och spinn?? Gluoner överför färg, fotoner laddning?? Åååh, fattar inte..

Hur hänger kvarkarnas egenskaper ihop med de fyra grundkrafterna?

Detta är ju en stor fråga, men jag har nyligen läst partikelfysik så jag kan försöka svara lite. Som du skriver finns det ju 12 fermioner, sorterade i 3 generationer samt 4 krafter. Antalet bosoner beror lite på hur man räknar, det finns ju fotonen (Elektromagnetism, växelverkar med alla laddade partiklar), W+, W-, Z (de tre bosoner som förmedlar den svaga växelverkan, är alla massiva och W+/- är elektriskt laddade) samt gluonen (egentligen 8 olika, men de buntas ihop) som förmedlar den starka kraften. Dessutom har vi ju gravitonen, den hypotetiska bäraren av gravitationen.

Varje kraft har sin egen typ av laddning. Elektromagnetismen har den vanliga, elektriska laddningen och alla partiklar som är elektriskt laddade kan växelverka med fotoner (dvs. ta emot och skicka ut fotoner, ungefär). Fotonen är elektriskt neutral, så den kan inte överföra laddning, utan bara rörelsemängd. Den svaga kraften har s.k. svagt isospin, och om detta inte är noll kan partiklar växelverka med W eller Z bosoner. Eftersom W+- är laddade kan vi här få sönderfall som ändrar på den elektriska laddningen hos partiklar, så de kan så att säga överföra elektrisk laddning mellan partiklar.

För den starka kraften kallas laddningen för färg. Det är bara kvarkarna som har denna laddning, elektronen och neutrinon är färglösa. Denna färgladdning kan anta 3 värden, som brukar kallas för röd, blå och grön (andra färgval förekommer också). Så en uppkvark kan alltså vara antingen röd, blå eller grön. En antikvark (dvs dess antipartikelpartner) har s.k. antifärger i laddning istället, så den kan t.ex. vara antiblå. En gluon bär till skillnad från en kvark på 2 färgladdningar, en färg och en antifärg, så de kan överföra färgladdning mellan kvarkar. Precis som elektrisk laddning måste färgladdning bevaras lokalt, så t.ex. kan en röd kvark sända ut en {röd, antiblå} gluon, och för att bevara färgladdningen måste den då själv bli blå (för blå + antiblå = ingen färg). Av okänd anledning (tror inte frågan är löst) är alla bundna tillstånd med kvarkar färgneutrala (blå+röd+grön = färgneutral, på samma sätt som vanliga färger blandas till vitt). Att kraftförmedlarpartikeln själv bär samma laddning får enorma konsekvenser för hur modellens dynamik blir, och får den starka kraften att öka med avståndet, istället som för "vanliga" krafter gå som 1/r^2 går den ~r. Det är därför man aldrig ser fria kvarkar, utan bara bundna i protoner, neutroner osv.

Så, för att klassificera en kvark behöver man alltså ange vilken typ av kvark (flavour) dvs. upp/ner/charm/strange/top/bottom; detta ger en sedan vilken laddning, massa och vilket svagt isospin den har. Dessutom har den egenskaperna (eller kvanttalen, som man säger) spin och färg. Så du hade ganska rätt. Hoppas mitt svar kan svara på nånting, och inte bara orsakar vidare förvirring.

Ååh, tack Det var riktigt pedagogiskt förklarat. Ska försöka smälta det och kolla om jag förstår.

Behöver man mycket grundkunskaper inom fysik för att lära sig kvantmekanik?
Eller kan man lära sig det med utan förkunskaper?

När man exciterar atomer med fotoner så måste rörelsemängdsmomentet bevaras och fotonen har spinn 1. Om en elektron i väte puttas från 1s kan den alltså inte hamna i 2s som har l = 0, utan måste hamna i 2p så att l = 1 och rörelsemängdsmomentet bevaras. Vad händer om den elektronen hoppar ner till 2s? Det är väl också tillåtet? 2s och 2p har väl en liten skillnad i energi (om jag förstått det rätt är det det som är fine structure) och skillnaden i l är 1 - 0 = 1. Men vad händer när elektronen är i 2s? Den kan ju inte hoppa ned till 1s, men 2p har högre energi så den kan inte hoppa dit. Kan elektronen utnyttja osäkerhetsprincipen, hoppa till 2p och sen till 1s och skicka ut två fotoner? Eller är den stabil i 2s?

Den är i princip stabil i m.a.p. enfotonprocesser i ickerelativistisk kvantmekanik. Pga magnetisk koppling är L inte ett exakt kvanttal i verkligheten, så det bevaras inte strikt och det finns därför en lite sannolikhet att tillståndet sönderfaller.
Jag hittade en artikel från 1959 med mätningar på livstiden hos 2S-tillståndet, de får sönderfallshastigheten till ca 420 s^-1 Finns även lite mer info i abstract: http://adsabs.harvard.edu/abs/1959PhRv..116..363F. Tvåfotonprocesser finns också, här är en artikel från 1975 med titeln "The two photon decay of metastable atomic hydrogen" iopscience.iop.org/0022-3700/8/11/003/pdf/jbv8i11pL214.pdf. I en normal gas kolliderar dessutom atomerna med varandra, och då bryts alla bevarandelagar som baseras på sfärisk symmetri.

Beror på hur man ser på det. Om man vill förstå kvantmekanik i detalj och kanske speciellt hur man kommer fram till den genom s.k. kvantisering, behöver man en hyfsad mängd klassisk mekanik, i Hamiltonsk formulering. Om man inte bryr sig så mycket om sådana detaljer utan bara vill lära sig grunderna räcker det bra med bara en aning klassisk, newtonsk mekanik. Det man behöver är dock linjär algebra, ju mer sånt man kan desto enklare blir kvantmekaniken. Jag skulle påstå att man iaf. behöver kunna lite om vektorer, linjära operatorer (i.e. matriser), kommutatorer, egenvärden/egenvektorer samt kanske lite om Hilbertrum. Fouriertransform är också bra att ha lite koll på, används ganska mycket. Så, bara lite enkel matematik samt klassisk mekanik.

Jag tackar för ditt svar!
Och nu ännu en fråga.
Kan man möjligtvis lära sig det på internet eller är det väldigt nödvändigt att lära sig det genom kurser?
I så fall, har du några bra tips?

Går nog bra att lära sig på egen hand, om man är tillräckligt motiverad. Är ju inte det enklaste ämnet i världen, dock, så en bra föreläsare hjälper antagligen. För att få in matematiken skulle jag rekommendera att titta på ett par videor på Khan Academy främst då om linjär algebra (vektorer, operatorer/matriser, egenvärden och så) och kanske lite om fouriertransformer, de brukar vara pedagogiska och bra, har dock inte sett något där på linjär algebra.

För kvantmekanik (och en massa annat) finns den här bra föreläsningsserien av Leonard Susskind (en väldigt känd fysiker), som jag absolut kan rekommendera. Kräver lite tid att titta igenom, men han är en rätt grym föreläsare.

För kvantmekanik tror jag det är bra om man också har en bra bok att läsa, men vet inte egentligen vilken jag skulle rekomendera. Jag har läst "Quantum Mechanics: A modern development" av Ballentine, vilken är väldigt trevlig och ordentlig, samt diskuterar filosofin bakom teorin en del, men antagligen inte alls bra för en nybörjare (blev själv ganska förvirrad i början, trots att jag kunde matematiken ganska bra). Sen har jag också läst "Bengtsson om statistisk fysik" av Hans-Uno Bengtsson, som först behandlar termodynamik och statistisk fysik för att sedan prata om kvantmekanik, men den gillade jag inte riktigt. Den är ju dock på svenska, vilket kanske är ett plus. Sakurai är ju också en oerhört trevlig bok, men inte heller bra som första bok. Kanske Griffiths "Introduction to quantum mechanics", vilken du hyfsat enkelt borde kunna hitta som pdf på nätet.

Man får nog räkna med att det tar ca två års heltidsstudier i matte och fysik (om man börjar från gymnasimatten) innan man kan räkna ut saker i kvantmekaniken. Jag vet inte vad detta kan tänkas bli om man läser själv på fritiden, 5-10 år kanske? Så man måste ha lite tålamod. Han man redan läst matten går det förstås mycket fortare, ett bra sätt att testa om man har det är att försöka göra några av de första uppgifterna i en kvantmekbok. Läser man bara, utan att göra uppgifter, är det lätt att lura sig att man förstår allting.

Detta tycker jag låter ganska pessimistiskt, även om det kanske kan stämma beroende på hur bra på matematik man är från början. Är man en aning begåvad, kan sina integraler, derivator och ODE:s, och lägger någon timme om dagen eller så, tror jag att det går att lära sig grunderna betydligt snabbare. Dgymnasiematematik och fysik bra, skulle jag säga att typ ett halvår till ett år borde räcka. u tänker väl på de två första åren på ett typiskt fysikprogram, men då lär man sig ju betydligt mer än bara kvantmekanik. Första året är ju typ (iaf. enligt egen upplevelse) en mer djupgående repetition av fysik och matematik man redan sett, med bara lite nya inslag, och andra året täcks ju mer än bara linjär algebra + kvantmekanik.

Har faktiskt vissa egna upplevelser att backa upp detta med: på sommarlovet efter första året på universitet hade jag inget sommarjobb och var ganska uttråkad, så jag läste en del kvantmek-litteratur och räknade lite uppgifter. Detta gick sådär, för jag kunde ingen linjär algebra så det behövde jag också lära mig, och kvant-boken jag läste var en "upper graduate level textbook". Jag blev inte direkt en mästare på ämnet, men en viss grundkunskap fick jag, och enkla uppgifter kunde jag ju lösa. En extra sidoeffekt var också att jag satt och störde mig på hur kvantmekaniken presenterades i kursen som behandlade den (alla borde introducera bra-ket notation direkt, vågfunktioner är fula).