effetto Aharonov-Bohm

Reset. Un pacchetto coerente arriva da sinistra verso un solenoide circolare impenetrabile. Il campo magnetico è confinato dentro il tubo: la regione attraversata dalla materia ha B=0.

QPE preset #42

Questa pagina descrive il fenomeno usando come fonte primaria il preset e i moduli numerici attualmente implementati in QPE.

Idea fisica

Il punto non è che il campo magnetico “spinga da lontano”. I due cammini attraversano regioni dove B è confinato fuori dal percorso, ma il potenziale vettore contribuisce alla fase gauge-covariante e il flusso racchiuso sposta l’interferenza.

Relazione chiave. Per cammini che racchiudono un flusso magnetico Φ restando in regioni con B≈0, la fase relativa è Δφ=qΦ/ħ (mod 2π), espressa numericamente tramite fasi dei link U(1).

Protocollo guidato dal preset

Reset. Un pacchetto coerente arriva da sinistra verso un solenoide circolare impenetrabile. Il campo magnetico è confinato dentro il tubo: la regione attraversata dalla materia ha B=0.

Ma A non è zero. QPE non usa un potenziale scalare fittizio. Lo Step 43 introduce il minimal coupling H=(p-qA)^2/2m+V tramite link U(1) di Peierls sulla griglia. L'evoluzione è gauge-covariant.

Premi Play. Il pacchetto si divide sopra e sotto il solenoide e si ricombina dietro. Con Phi/Phi0=0 il centro del pattern è costruttivo; con mezzo quanto di flusso la differenza topologica di fase è pi e il centro diventa quasi un nodo.

Analysis -> Aharonov-Bohm. La mappa superiore mostra il profilo reale rho(xd,y,t) su una linea detector dietro il flusso. Sotto viene tracciata l'intensità della frangia centrale. Nessuna frangia è aggiunta dal renderer.

Prova decisiva. Imposta Phi/Phi0=0, Reset/Play; poi 0.5; poi 1.0. A un quanto intero il pattern torna praticamente uguale a quello a flusso zero: la periodicità in Phi0 è una firma topologica del fenomeno.

Fase AB. Per due cammini che racchiudono il flusso, Delta phi = q Phi / hbar = 2 pi Phi/Phi0. Il campo magnetico può essere nullo lungo entrambi i cammini e tuttavia la fase relativa cambia.

Storia. Werner Ehrenberg e Raymond Siday descrissero già nel 1949 lo spostamento di fase dovuto al potenziale vettore; Yakir Aharonov e David Bohm ne formularono nel 1959 la portata generale. Nel 1986 Akira Tonomura e collaboratori mostrarono con olografia elettronica l'interferenza attorno a un flusso magnetico schermato, una delle verifiche sperimentali più celebri dell'effetto.

Limite del modello. Il solenoide ha raggio finito e B uniforme al suo interno per regolarizzare la singolarità; una barriera scalare alta rende quella regione inaccessibile. QPE non simula la sorgente elettromagnetica microscopica del flusso.

Cosa osservare e come studiarlo

  1. Avvia il preset senza modifiche e identifica prima l’osservabile che cambia.
  2. Modifica un solo parametro alla volta, quindi Reset e ripeti.
  3. Confronta sempre il rendering con i numeri del pannello Analysis: l’immagine è una vista, non una misura completa.

Storia e stato sperimentale

Aharonov e Bohm formularono nel 1959 l’effetto che porta i loro nomi, mostrando il ruolo osservabile della fase associata ai potenziali elettromagnetici. Esperimenti di interferometria elettronica hanno poi verificato gli shift di fase legati al flusso.

Scala fisica rappresentativa

Piattaforma rappresentativaonda elettronica coerente tipo GaAs attorno a una regione mesoscopica di flusso
Base della mappaturamappatura a massa efficace (m*=0.067 m_e)
1 unità di lunghezza QPE50 nm
1 unità di tempo QPE1.45 ps
Scala energetica E0=ħ/T00.455 meV
Frequenza equivalente E0/h0.11 THz
NotaMappatura mesoscopica rappresentativa per Aharonov-Bohm. Un’estensione di 40.96 unità corrisponde a circa 2.05 µm, confrontabile con anelli coerenti micrometrici; i dispositivi reali hanno lunghezze di coerenza e contatti specifici del materiale.
La scala è un ponte d’ordine di grandezza dalle unità adimensionali di QPE a una piattaforma plausibile; non trasforma il preset in una simulazione quantitativa di quello specifico apparato.

Riferimenti essenziali

Continua lo studio

Apri Modello & Limiti per sapere esattamente cosa QPE calcola e cosa lascia fuori. Per i valori correnti usa Help → Current Experiment → Current Parameters.