Eine Person hat mich das gefragt, und ich bin nur ein bescheidener Physikochemiker.
Ich habe eine klassische Analogie verwendet. (Wie gut oder schlecht ist das und wie kann man es beheben?)
Grundsätzlich hat Licht einen Nettodrehimpuls von Null, sofern es nicht in seine linke und rechte polarisierte Form polarisiert wird, bis es auf eine kristalline Struktur trifft.
Sobald es jedoch auf eine solche Struktur trifft, haben wir links und rechts polarisiertes Licht – das heißt linke und rechte Photonenstrahlen.
Da das ursprüngliche Licht nicht polarisiert war, ist diese Polarisation (links und rechts) dem Licht inhärent. Das ursprüngliche Licht ist eine Überlagerung von links- und rechtspolarisiertem Licht mit jeweils einem Gesamtdrehimpuls von -1 und 1, so dass sie das insgesamt null polarisierte einfallende Licht ergeben.
So werden sie verschränkt, um ihren Spin (Quantendrehimpuls) auf Null zu senken. Sobald wir eines der Teilchen in der Überlagerung messen, kennen wir das andere durch Drehimpulserhaltung.
Ist das nah?
Andere Antworten umschreiben es technisch gut.
Es ist möglicherweise einfacher zu erkennen, wenn Sie sich daran erinnern, dass zwei Teilchen, wenn sie interagieren, dies so tun müssen, dass Impuls, Energie, Spin usw. erhalten bleiben.
Nach der Wechselwirkung bleiben die beiden Teilchen immer noch in einem Überlagerungszustand, aber wenn Sie eines von ihnen nach einer Wechselwirkung messen, können Sie herausfinden, welchen Zustand das andere Teilchen haben muss, um die Erhaltungssätze einzuhalten.
Das bedeutet also, dass immer dann, wenn Teilchen interagieren, eine Form der Verschränkung stattfinden muss.
Ich beantworte die Frage im Titel:
Wie verschränken sich Teilchen?
Verschränkung ist eine Kurzform, um zu sagen, dass "man es mit einem quantenmechanischen System zu tun hat, das auf probabilistische Weise die Variablen der Teilchen als Lösungen spezifischer quantenmechanischer Gleichungen mit spezifischen Randbedingungen beschreibt."
(nebenbei: Verschränkung könnte auf Lösungen klassischer Gleichungen zurückgeführt werden: Wenn man die Lösung für einen Planeten und seinen Satelliten hat und die Randbedingungen gegeben sind, weiß man, wo der Satellit ist, weiß man auch, wo der Planet ist, beide drehen sich um ihr Schwerpunkt.)
Im Rahmen von Atomen und Molekülen und Photonen beschreiben die quantenmechanischen Gleichungen viele Körpersysteme, und es wurden verschiedene quantenmechanische Modelle entwickelt, um mit quantenmechanischen kollektiven Phänomenen umzugehen. Quantenmechanische Verschränkung bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeitsverteilungen (das Quadrat der Zustandsfunktion) für messbares Verhalten der Teilchen für das System vollständig bestimmt sind.
Die Moleküle in einem Kristall selbst sind verschränkt, weil sich für den Kristall prinzipiell eine Zustandsfunktion schreiben lässt.
Bei Interaktionen muss eine neue Lösung verwendet werden. Wenn ein Proton am LHC auf ein Proton trifft, sind die gesamte Wechselwirkung, Eingangsteilchen, Ausgangsteilchen und alle Korrelationen und Winkel der Ausgangsteilchen verschränkt. Das statistische Verhalten der Wechselwirkung ist durch das Quadrat der Zustandsfunktion gegeben, die die Wechselwirkung beschreibt, und das Experiment kann beispielsweise die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung des Higgs messen.
Wenn Sie ein Beispiel mit Licht verwenden wollen, müssen Sie wieder auf die quantenmechanische Ebene gehen, die Lichtquanten, die Photonen. In Laserwirkung, stimulierter Emission , einer kollektiven Wechselwirkung, wird der gesamte Prozess verschränkt und erzeugt einen kohärenten Lichtstrahl, der aus der Vielzahl von Photonen im Prozess hervorgeht.
Die Erzeugung verschränkter Photonen wird oft im Prozess der spontanen parametrischen Abwärtskonvertierung ( Wikipedia-Seite ) erreicht, bei der ein Lichtstrahl durch einen nichtlinearen Kristall geschickt wird. Durch Wechselwirkungen mit der Quantenstruktur des Kristalls gibt es eine Amplitude ungleich Null für ein einzelnes Photon, um in eine Überlagerung von Mehrteilchenzuständen überzugehen (dh die Photonenzahloperatoren tauschen nicht mit dem effektiven Hamiltonoperator aus). Mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit wird ein resultierender Zwei-Teilchen-Zustand in dem Sinne verschränkt, dass er nicht in ein einziges Tensorprodukt zweier Ein-Teilchen-Zustände zerlegt werden kann.
Beachten Sie, dass die Wahrscheinlichkeit, einen verschränkten Zustand zu erhalten, durch die Tatsache "erhöht" wird, dass Photonen nicht unterscheidbar sind: Wenn eine solche Faktorisierung möglich wäre, müssten die Faktorzustände identisch sein. Im Allgemeinen hängt die Natur der resultierenden verschränkten Zustände von den Erhaltungsgrößen ab, die mit der Wechselwirkung mit dem Kristall verbunden sind.
Es ist auch möglich, einen verschränkten Zustand durch eine globale Transformation auf einem System auf eine Weise zu erzeugen, die keine Wechselwirkungen zwischen den konstituierenden Teilchen beinhaltet. Zum Beispiel seit dem und Zwei-Spin-Zustände liegen beide in der Triplett-Darstellung vor , ist es durch Messen des Gesamtdrehimpulses auf eine bestimmte Weise möglich, den Tensorproduktzustand auf den verschränkten Zustand zu „projizieren“, wodurch ein verschränkter Zustand „produziert“ wird (wenn auch auf sehr künstliche Weise und mit einem gemischten Ensemble aus anderen Zuständen). : Im Grunde gibt es eine Art, das Reduzierbare zu betrachten Zustand so, dass es verstrickt zu sein scheint).
Die Theorie der Verschränkung und der Quantenmechanik im Allgemeinen ist sehr eng mit dem mathematischen Fach der Darstellungstheorie verbunden, das auch in der Theoretischen Chemie sehr nützlich ist.
Was Sie beschrieben haben, scheint ein Beispiel zu sein. Im Allgemeinen werden Wechselwirkungen zwischen zwei Quantensystemen das System in einen gemeinsamen Zustand versetzen, der im Allgemeinen verschränkt ist. Wenn Sie beispielsweise zwei Spins mit einer Spin-Spin-Kopplung gekoppelt haben, dann weist der Grundzustand dieses (gesamten) Zwei-Spin-Systems eine gewisse Verschränkung auf.
EDIT: Übrigens, Ihre Analogie ist nicht klassisch, sondern tatsächlich Quanten. Und es ist nicht nur eine Analogie, sondern fängt die Physik der Verschränkung genau ein. Die Leute halten Lichtpolarisation für klassisch, da sie sie in einem Elektrodynamikkurs lernen, aber im Wesentlichen ist es Quantenverhalten - für "masselose" Dinge wie Photonen hat die klassische Beschreibung einige inhärente Quanteneigenschaften :-)
Benutzer26143