Quantum Bouncer / dinamica di Airy

Premi Play: il pacchetto parte sopra un pavimento quantistico e cade sotto una forza costante verso -Y. Il moto non viene animato dal renderer: la stessa psi 2D viene propagata dal normale Split-Step Fourier.

QPE preset #32

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

Idea fisica

Il quantum bouncer mostra quantizzazione senza una buca simmetrica: una parete dal basso e un potenziale lineare dall’alto bastano a creare livelli discreti. Il pacchetto non segue semplicemente una parabola classica; interferisce con gli stati di Airy.

Relazione chiave. V(y)=mgy sopra un piano riflettente. Le soluzioni stazionarie sono funzioni di Airy e la lunghezza gravitazionale caratteristica scala come (ħ²/2m²g)1/3.

Protocollo guidato dal preset

Premi Play: il pacchetto parte sopra un pavimento quantistico e cade sotto una forza costante verso -Y. Il moto non viene animato dal renderer: la stessa psi 2D viene propagata dal normale Split-Step Fourier.

Guarda il primo impatto. Prima del contatto il centro segue abbastanza bene una parabola classica; vicino al pavimento il pacchetto si deforma, si riflette e interferisce con le parti incidenti. Ai rimbalzi successivi la struttura diventa sempre meno simile a una particella puntiforme.

Analysis -> Bouncer. Il carpet superiore mostra la probabilità verticale P(y,t). Le linee tratteggiate numerate sono le altezze di turning point dei primi stati di Airy della buca gravitazionale ideale. Sotto: azzurro = <y> quantistico; arancione tratteggiato = punto materiale con urti elastici ideali.

Scala di Airy. Con V(y)=F(y-y_floor), la lunghezza naturale è ell=(hbar^2/(2mF))^(1/3). Gli autostati ideali hanno energie E_n = a_n F ell, dove a_n sono gli zeri positivi di Ai(-a_n)=0.

Da osservare: il primo rimbalzo è intuitivo; la parte sorprendente è ciò che succede dopo, quando dispersione, riflessione e fase trasformano un semplice moto di caduta in una trama coerente.

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

Gli stati gravitazionali di neutroni ultrafreddi sopra uno specchio furono osservati all’inizio degli anni 2000, rendendo questo problema da manuale un vero sistema spettroscopico. QPE usa la lunghezza caratteristica fisica come riferimento ma riscalibra la forza per visibilità.

Scala fisica rappresentativa

Piattaforma rappresentativaneutrone ultrafreddo sopra uno specchio riflettente nel campo gravitazionale terrestre
Base della mappaturamappatura sulla lunghezza gravitazionale caratteristica del neutrone
1 unità di lunghezza QPE5.87 µm
1 unità di tempo QPE0.547 ms
Scala energetica E0=ħ/T01.2 peV
Frequenza equivalente E0/h0.291 kHz
NotaUsa la lunghezza gravitazionale caratteristica del neutrone, circa 5.87 µm. QPE riscalibra deliberatamente la forza lineare per rendere visibile la dinamica: il tempo mostrato resta quindi un ponte d’ordine di grandezza, non una previsione temporale di precisione per qBOUNCE.
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.