Квантовые фазы для электрических зарядов и электрических (магнитных) диполей: физический смысл и применение

  • Александр Леонидович Холмецкий Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-5182-315X
  • Олег Валентинович Мисевич Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Толга Ярман Стамбульский университет Окан, Тузла, Акфират, г. Стамбул, Турция
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-50-61

Аннотация

Рассматривается физический смысл квантовых фазовых эффектов для точечных зарядов и электрических или магнитных диполей в электромагнитном поле. В настоящее время известно восемь таких эффектов: четыре из них (магнитный и электрический эффекты Ааронова – Бома для электронов, эффект Ааронова – Кашера для движущегося магнитного диполя и эффект Не – Маккеллара – Уилкенса для движущегося электрического диполя) были открыты в XX в., а четыре новых квантовых фазовых эффекта недавно обнаружены нашей группой (А. Л. Холмецкий, О. В. Мисевич, Т. Ярман). При анализе их физического смысла мы принимаем, что квантовая фаза для диполя представляет собой суперпозицию квантовых фаз для каждого заряда, составляющих диполь. При таком подходе мы демонстрируем неспособность уравнения Шрёдингера для заряженной частицы в электромагнитном поле описывать новые квантовые фазовые эффекты, когда используется стандартное определение оператора импульса. Далее мы показываем, что согласованное описание квантовых фазовых эффектов для движущихся частиц достигается при соответствующем переопределении этого оператора, когда канонический импульс частицы в электромагнитном поле заменяется импульсом электромагнитного поля. Обсуждаются некоторые следствия полученных результатов.

Биографии авторов

Александр Леонидович Холмецкий , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор технических наук; главный научный сотрудник лаборатории научного приборостроения кафедры ядерной физики физического факультета

Олег Валентинович Мисевич , Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник отраслевой лаборатории радиационной безопасности

Толга Ярман, Стамбульский университет Окан, Тузла, Акфират, г. Стамбул, Турция

профессор кафедры физики

Литература

  1. Aharonov Y, Bohm D. Significance of electromagnetic potentials in the quantum theory. Physical Review. 1959;115(3):485–491. DOI: 10.1103/PhysRev.115.485.
  2. Aharonov Y, Bohm D. Further consideration of electromagnetic potentials in the quantum theory. Physical Review. 1961;123(4):1511–1524. DOI: 10.1103/PhysRev.123.1511.
  3. Aharonov Y, Casher A. Topological quantum effects for neutral particles. Physical Review Letters. 1984;53(4):319–321. DOI: 10.1103/PhysRevLett.53.319.
  4. He X-G, McKellar BHJ. Topological phase due to electric dipole moment and magnetic monopole interaction. Physical Review A. 1993;47(4):3424–3425. DOI: 10.1103/PhysRevA.47.3424.
  5. Wilkens M. Quantum phase of a moving dipole. Physical Review Letters. 1994;72(1):5–8. DOI: 10.1103/PhysRevLett.72.5.
  6. Tonomura A, Matsuda T, Suzuki R, Fukuhara A, Osakabe N, Umezakiet H, et al. Observation of Aharonov – Bohm effect by electron holography. Physical Review Letters. 1982;48(21):1443–1446. DOI: 10.1103/PhysRevLett.48.1443.
  7. König M, Tschetschetkin A, Hankiewicz EM, Jairo Sinova, Hock V, Daumer V, et al. Direct observation of the Aharonov – Casher phase. Physical Review Letters. 2006;96(7):076804. DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.076804.
  8. Gillot J, Lepoutre S, Gauguet A, Büchner M, Vigué J. Measurement of the He – McKellar – Wilkens topological phase by atom interferometry and test of its independence with atom velocity. Physical Review Letters. 2013;111(3):030401. DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.030401.
  9. Batelaan H, Tonomura A. The Aharonov – Bohm effects: variations on a subtle theme. Physics Today. 2009;62(9):38–43. DOI: 10.1063/1.3226854.
  10. Landau LD, Lifshitz EM. Quantum mechanics: non-relativistic theory. Sykes JB, Bell JS, translators. 2nd edition, revised and erlarged. Oxford: Pergamon Press; 1965. [617 p.]. (Course of theoretical physics; volume 3).
  11. Kondo J. Resistance minimum in dilute magnetic alloys. Progress of Theoretical Physics. 1964;32(1):37–49. DOI: 10.1143/PTP.32.37.
  12. Alduschenkov AV, Geraschenko OV, Kholmetskii AL, Lomonosov VA, Mahnach LV, Mashlan M, et al. Mössbauer investigation of superconductors LaFeO0.85F0.15As and high-temperature Kondo effect. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 2014;27(8):1825–1829. DOI: 10.1007/s10948-014-2531-2.
  13. Alduschenkov AV, Geraschenko OV, Kholmetskii AL, Lomonosov VA, Mahnach LV, Mashlan M, et al. Mössbauer study of superconductors LaFeO0.88F0.12 As. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 2015;28(9):2657–2662. DOI: 10.1007/s10948-015-3088-4.
  14. Panofsky WKH, Phillips M. Classical electricity and magnetism. 2nd edition. Reading: Addison-Wesley; 1962. [503 p.].
  15. Shockley W, James RP. «Try simplest cases» discovery of «hidden momentum» forces on «magnetic currents». Physical Review Letters. 1967;18(20):876–879. DOI: 10.1103/PhysRevLett.18.876.
  16. Goleman S, Van Vleck JH. Origin of «hidden momentum forces» on magnets. Physical Review. 1968;171(5):1370–1375. DOI: 10.1103/PhysRev.171.1370.
  17. Aharonov Y, Pearle P, Vaidman L. Comment on «proposed Aharonov – Casher effect: another example of an Aharonov – Bohm effect arising from a classical lag». Physical Review A. 1988;37(10):4052–4055. DOI: 10.1103/physreva.37.4052.
  18. Kholmetskii AL, Missevitch OV, Yarman T. Force law in material media and quantum phases. Europhysics Letters (EPL). 2016;113(1):14003. DOI: 10.1209/0295-5075/113/14003.
  19. Kholmetskii AL, Missevitch OV, Yarman T. Force law in material media, hidden momentum and quantum phases. Annals of Physics. 2016;369:139–160. DOI: 10.1016/j.aop.2016.03.004.
  20. Fabrizio M, Morro A. Electromagnetism of continuous media. Oxford: Oxford University Press; 2003. 688 p.
  21. Miffre A, Jacquey M, Büchner M, Trénec G, Vigué J. Atom interferometry measurement of the electric polarizability of lithium. European Physical Journal D. 2006;38(2):353–365. DOI: 10.1140/epjd/e2006-00015-5.
  22. Lepoutre S, Gauguet A, Trenec G, Büchner M, Vigué J. He – McKellar – Wilkens topological phase in atom interferometry. Physical Review Letters. 2012;109(12):120404. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.120404.
  23. Jefimenko OD. Electromagnetic retardation and theory of relativity. 2nd edition. Star City: Electret Scientific Company; 2004. Appendix 1.
  24. Wei H, Han R, Wei X. Quantum phase of induced dipoles moving in a magnetic field. Physical Review Letters. 1995;75(11):2071–2073. DOI: 10.1103/PhysRevLett.75.2071.
  25. Kholmetskii AL, Yarman T. Quantum phases for a charged particle and electric/magnetic dipole in an electromagnetic field. Europhysics Letters (EPL). 2017;120(4):40007. DOI: 10.1209/0295-5075/120/40007.
  26. Kholmetskii AL, Missevitch OV, Yarman T. Quantum phases for point-like charged particles and for electrically neutral dipoles in an electromagnetic field. Annals of Physics. 2018;392:49–62. DOI: 10.1016/j.aop.2018.03.005.
  27. Kholmetskii AL, Yarman T, Missevitch OV, Arik M. Quantum phases for moving charges and dipoles in an electromagnetic field and fundamental equations of quantum mechanics. Scientific Reports. 2018;8:11937. DOI: 10.1038/s41598-018-30423-8.
  28. Landau LD, Lifshitz EM. The classical theory of fields. Hamermesh M, translator. 3rd edition. New York: Pergamon Press; 1971. [387 p.].
Опубликован
2021-02-09
Ключевые слова: квантовые фазовые эффекты, электрический диполь, магнитный диполь, уравнение Шрёдингера, оператор импульса
Как цитировать
Холмецкий , А. Л., Мисевич , О. В., & Ярман, Т. (2021). Квантовые фазы для электрических зарядов и электрических (магнитных) диполей: физический смысл и применение. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 50-61. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-50-61
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика электромагнитных явлений

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).