Efekt Aharonova-Bohma
Efekt Aharonova-Bohma to zjawisko kwantowomechaniczne, w którym naładowana cząstka odczuwa obecność pola elektromagnetycznego w obszarach, gdzie tego pola nie ma. Został przewidziany przez Werner Ehrenberga i Raymonda E. Sidaya w 1949 roku, a następnie potwierdzony przez Yakira Aharonova i Davida Bohma. Efekt ten jest bardziej zauważalny w przypadku pól magnetycznych.
Przykładowe doświadczenie polegało na umieszczeniu namagnesowanego monokryształu żelaza między dwiema szczelinami, przez które przechodził elektron. Choć pole magnetyczne znajdowało się tylko wewnątrz „drutu”, różnice potencjału spowodowały zmianę obrazu interferencyjnego. Efekt Aharonova-Bohma potwierdził, że potencjały elektromagnetyczne mają znaczenie fizyczne, co wcześniej uważano za błąd w równaniach kwantowych.
Znaczenie
Efekt Aharonova-Bohma ma istotne znaczenie w przeformułowaniu klasycznego elektromagnetyzmu w kontekście teorii cechowania. Podnosi trzy kluczowe kwestie:
- Fizyczność potencjałów w porównaniu do pól siły.
- Fundamentalność zasady najmniejszego działania.
- Zasada lokalności w fizyce.
Magazyn „New Scientist” uznał go za jeden z „siedmiu cudów świata kwantowego”.
Potencjały a pola
Efekt Aharonova-Bohma ilustruje, że potencjały elektromagnetyczne mają fizyczne znaczenie w mechanice kwantowej, w przeciwieństwie do klasycznego ujęcia, w którym były jedynie matematycznymi narzędziami.
Globalne działanie a lokalne siły
Efekt ten pokazuje, że mechanika Lagrange’a, oparta na energiach, dostarcza lepszego opisu zjawisk fizycznych niż podejście newtonowskie, bazujące na siłach. Potencjał pola wpływa na fazę funkcji falowej cząstki.
Lokalność efektów elektromagnetycznych
Efekt Aharonova-Bohma podważa zasadę lokalności, wskazując, że lokalne pola nie zawierają pełnej informacji o polu elektromagnetycznym. Użycie czteropotencjału lepiej opisuje zjawiska związane z elektromagnetyzmem.
Efekt magnetycznego solenoidu
Efekt Aharonova-Bohma dla pola magnetycznego polega na fazowym przesunięciu cząstki podróżującej w obszarze zerowego pola magnetycznego, co można obliczyć z użyciem potencjału wektorowego. Eksperymenty potwierdzające ten efekt prowadzone były od lat 60. XX wieku.
Efekt elektryczny
Podobnie jak w przypadku pola magnetycznego, również potencjał elektryczny wpływa na funkcję falową cząstek. Efekt Aharonova-Bohma w kontekście potencjału elektrycznego został zaobserwowany w 1998 roku.
Nano-pierścienie Aharonova-Bohma
Nano-pierścienie, powstałe podczas prób stworzenia kropek kwantowych, wykazują oscylacje Aharonova-Bohma w prądzie fali ładunku, co otwiera nowe możliwości badawcze w dziedzinie nanotechnologii.
Bibliografia
- D. Bohm, Quantum Theory, Prentice-Hall Inc., 1951.
- Y. Aharonov et D. Bohm, Significance of electromagnetic potentials in quantum theory, Phys. Rev., 1959.
- A. Tonomura et al., Observation of Aharonov-Bohm Effect by Electron Holography, Phys. Rev. Lett., 1982.
