Soubor:Quantum measurement animation.gif

Obsah stránky není podporován v jiných jazycích.
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Quantum_measurement_animation.gif(350 × 350 pixelů, velikost souboru: 627 KB, MIME typ: image/gif, ve smyčce, 101 snímků, 20 s)

Popis

Popis
English: A schematic animation that depicts a quantum measurement of spin-1/2 particles, such as electrons. Each particle passes through a setup of two magnets that deflect the particle's trajectory based on the value of its spin. If the spin points to the left, the particle is detected by the left detector. Similarly, if the spin is oriented to the right, the particle flies to the right detector. Nevertheless, if the spin points upward, a genuinely quantum behavior occurs. The spin up is a quantum superposition of a spin oriented to the left and a spin oriented to the right. As a result, the particle is deflected in both directions after passing the magnets. Till the very moment of registering the particle by a detector it cannot be determined, which way the particle takes. In the animation, the particle at the end impinges on the left detector, in which moment the reduction of the particle's wave function takes place. The particle could have ended up in the right detector with equal probability though.
Čeština: Schematická animace kvantového měření částic se spinem 1/2, jakými jsou třeba elektrony. Částice vlétávají mezi dva magnety, které vychýlí dráhu každé částice v závislosti na hodnotě jejího spinu. Pokud spin míří doleva, je částice detekována levým detektorem. Podobně, pokud je spin orientovaný doprava, dolétne částice do pravého detektoru. Pokud však spin míří vzhůru, dochází k čistě kvantovému chování. Spin vzhůru je kvantovou superpozicí spinu doleva a spinu doprava. Po průletu magnetem je tak částice vychýlena oběma směry a až těsně do okamžiku zaregistrování částice detektorem není jisté, kudy částice letí. V animaci nakonec dopadne částice do levého detektoru, kdy dojde k redukci vlnové funkce částice. Se stejnou pravděpodobností ale mohla tato částice skončit v detektoru pravém.
Datum
Zdroj Vlastní dílo
Autor JozumBjada

Licence

Já, držitel autorských práv k tomuto dílu, ho tímto zveřejňuji za podmínek následující licence:
w:cs:Creative Commons
uveďte autora zachovejte licenci
Dílo smíte:
  • šířit – kopírovat, distribuovat a sdělovat veřejnosti
  • upravovat – pozměňovat, doplňovat, využívat celé nebo částečně v jiných dílech
Za těchto podmínek:
  • uveďte autora – Máte povinnost uvést autorství, poskytnout odkaz na licenci a uvést, pokud jste provedli změny. Toho můžete docílit jakýmkoli rozumným způsobem, avšak ne způsobem naznačujícím, že by poskytovatel licence schvaloval nebo podporoval vás nebo vaše užití díla.
  • zachovejte licenci – Pokud tento materiál jakkoliv upravíte, přepracujete nebo použijete ve svém díle, musíte své příspěvky šířit pod stejnou nebo slučitelnou licencí jako originál.

Source code

This animation was created using Wolfram language 12.0.0 for Microsoft Windows (64-bit) (April 6, 2019). The source code follows.

(* ::Package:: *)

(* ::Chapter:: *)
(*Quantum measurement*)

(* ::Text:: *)
(*Version: 12.0.0 for Microsoft Windows (64-bit) (April 6, 2019)*)

(* ::Section::Closed:: *)
(*Colors*)

(* ::Input::Initialization:: *)
gray=GrayLevel[0.75];
lightBlue=Lighter[Blue,.5];

(* ::Section::Closed:: *)
(*Particle*)

(* ::Input::Initialization:: *)
stretch[pt1_,pt2_,rad_:1]:=Module[{len=Norm[pt2-pt1],tube,w0,coef},
If[len==0,Return[{}]];
{w0,coef}={rad/2,2 rad/len^2};
tube=RevolutionPlot3D[w0+coef x^2,{x,-len/2,len/2},RevolutionAxis->{1, 0, 0},Mesh->None];
tube=First@Cases[InputForm[tube],_GraphicsComplex,Infinity,1];
tube=tube/.{(Lighting->_):>Nothing,_RGBColor->Nothing,_Specularity->Nothing};
tube=Translate[tube,{len/2,0,0}];
tube=Rotate[tube,{{1,0,0},pt2-pt1}];
tube=Translate[tube,pt1];
tube
]

(* ::Input::Initialization:: *)
trajectory[r_,pt1_,pt2_,pt3_]:=Piecewise[{{pt1+r/(1/3) ((pt2-pt1)/2),0<=r<1/3},{BSplineFunction[{(pt2+pt1)/2,pt2,(pt2+pt3)/2}][Rescale[r,{1/3,2/3},{0,1}]],1/3<=r<2/3},{(pt2+pt3)/2+(r-2/3)/(1/3) ((pt3-pt2)/2),2/3<=r<=1}}]
trajectoryUp[r_]:=trajectory[r,{0,0,0},{8,0,0},{16,0,8}]
trajectoryDown[r_]:=trajectory[r,{0,0,0},{8,0,0},{16,0,-8}]

(* ::Input::Initialization:: *)
subsceneParticle[r_,pathup_,sup_]:=Which[
r>.95,{},
r>.85,{lightBlue,Ball[If[pathup,trajectoryUp,trajectoryDown][r],.9]},
sup,{
{lightBlue,Opacity[.5],Ball[trajectoryUp[r],.9],Ball[trajectoryDown[r],.9]},
{Blue,Opacity[.5],stretch[trajectoryUp[r],trajectoryDown[r],.9]}
},
True,{lightBlue,Ball[If[pathup,trajectoryUp,trajectoryDown][r],.9]}
]

(* ::Section::Closed:: *)
(*Detectors*)

(* ::Input::Initialization:: *)
detector=RevolutionPlot3D[.2x^2 Exp[x],{x,0,1.65},BoxRatios->1,Mesh->False,PlotStyle->Thickness[.2]];
detector=First@Cases[InputForm[detector],_GraphicsComplex,Infinity,1];
detector=detector/.{(Lighting->_):>Nothing,_RGBColor->Nothing,_Specularity->Nothing};

(* ::Input::Initialization:: *)
Module[{col1=gray,col2=gray,ang=35,dist=17,vert=8},
detector1=Translate[Rotate[detector,(180+90-ang)Degree,{0,1,0}],{dist,0,vert}];
detector2=Translate[Rotate[detector,(-90+ang)Degree,{0,1,0}],{{dist,0,-vert}}];
]

(* ::Input::Initialization:: *)
subsceneDetectors[r_,partup_:True]:=Module[{col1=gray,col2=gray},
If[r>.9,If[partup,col1=Orange,col2=Orange]];
{{col1,detector1},{col2,detector2}}
]

(* ::Section::Closed:: *)
(*Magnet*)

(* ::Input::Initialization:: *)
magnets=Module[{vertsize=5,mag,dist=5,pts},
pts={{0,0},{1,0},{1.5,.5},{1,1},{0,1}};
pts=Join[{##,0}&@@@pts,{##,vertsize}&@@@pts];
mag={EdgeForm[None],Polyhedron[pts,{{1,2,3,4,5},{6,7,8,9,10},{1,2,7,6},{1,6,10,5},{2,3,8,7},{3,4,9,8},{4,5,10,9}}]};
mag=Scale[Translate[Rotate[mag,\[Pi]/2,{0,0,1}],{.5,-0.75,-vertsize/2}],1.5];
Rotate[{Translate[mag,{dist,-4,0}],Translate[Rotate[mag,\[Pi],{0,0,1}],{dist,4,0}]},\[Pi]/2,{1,0,0}]
];

(* ::Input::Initialization:: *)
subsceneMagnets[r_]:={EdgeForm[None],If[.2<=r<=.4,Red,gray],magnets}

(* ::Section::Closed:: *)
(*Labels*)

(* ::Input::Initialization:: *)
arrow=Graphics3D[{Blue,Arrowheads[0.5],Arrow@Tube[{{0,0,-1},{0,0,1}},0.12]},Boxed->False,ViewPoint->{5,0,0},PlotRange->{0.5{-1,1},0.5{-1,1},1.1{-1,1}}];
arrowOriented[x_,dir_]:=Inset[arrow,ImageScaled[{x,0.15}],ImageScaled[{0.5,0.5}],.2,dir]

(* ::Input::Initialization:: *)
labelsUpDown[r_,c1_,c2_,up_]:=Module[{fontSize=30},
Which[
r<c1,arrowOriented[.5,{0,If[up,1,-1]}],
r<c2,arrowOriented[Rescale[r,{c1,c2},{0.5,.3}],{0,If[up,1,-1]}],
True,{
arrowOriented[.3,{0,If[up,1,-1]}],
Text[Style["\[Implies]",fontSize],ImageScaled[{0.5,.15}]],
Text[Style[Subscript["D",If[up,"\[LeftArrow]","\[Rule]"]],Orange,fontSize],ImageScaled[{0.67,.15}],{0,0}]
}
]
]

(* ::Input::Initialization:: *)
labelsSup[r_,c1_,c2_,c3_,c4_]:=Module[{fontSize=30},
Which[
r<c1,arrowOriented[.5,{1,0}],
r<c2,arrowOriented[Rescale[r,{c1,c2},{0.5,.22}],{1,0}],
r<c3,{
arrowOriented[.22,{1,0}],
Text[Style["=",fontSize],ImageScaled[{0.32,.15}]],
arrowOriented[.45,{0,1}],
Text[Style["+",fontSize],ImageScaled[{0.6,.15}]],
arrowOriented[.75,{0,-1}]
},
r<c4,{
arrowOriented[Rescale[r,{c3,c4},{0.45,.2}],{0,1}],
	Text[Style["+",fontSize],ImageScaled[{Rescale[r,{c3,c4},{0.6,.35}],.15}]],
arrowOriented[Rescale[r,{c3,c4},{0.75,.5}],{0,-1}]
},
True,{
arrowOriented[.2,{0,1}],
	Text[Style["+",fontSize],ImageScaled[{.35,.15}]],
arrowOriented[.5,{0,-1}],
	Text[Style["\[Implies]",fontSize],ImageScaled[{.66,.15}]],
	Text[Style[Subscript["D","?"],Orange,fontSize],ImageScaled[{0.799,.15}],{0,0}]
	}
]
]

(* ::Section::Closed:: *)
(*Animation*)

(* ::Input::Initialization:: *)
animation[r_]:=Module[{state,subr,rup,rdown,epilog,c1=0.3,c2=0.5,sc1=.2,sc2=.4,sc3=.6,sc4=.8,fontSize=30,partup,sup},

(*choose state and rescale the time parameter*)
{rup,rdown}={2,4}/7.;
{subr,state}=Which[
r<rup,{Rescale[r,{0,rup},{0,1}],"Up"},
r<rdown,{Rescale[r,{rup,rdown},{0,1}],"Down"},
True,{Rescale[r,{rdown,1},{0,1}],"Sup"}
];
If[r==1,subr=1];

(*choose parameters depending on the state*)
{epilog,sup,partup}=Switch[state,
"Up",{labelsUpDown[subr,c1,c2,True],False,True},
"Down",{labelsUpDown[subr,c1,c2,False],False,False},
"Sup",{labelsSup[subr,sc1,sc2,sc3,sc4],True,True}
];
epilog={epilog,
Text[Style[Subscript["D","\[LeftArrow]"],Orange,fontSize],ImageScaled@{.25,.92}],
Text[Style[Subscript["D","\[Rule]"],Orange,fontSize],ImageScaled@{.78,.92}]
};

(*create graphics*)
Graphics3D[
(*scene*)
{subsceneParticle[subr,partup,sup],subsceneDetectors[subr,partup],subsceneMagnets[subr]},

(*options*)
Epilog->epilog,PlotRange->{{-1,20},5.5{-1,1},10{-1,1}},SphericalRegion->True,Lighting->"Neutral",Boxed->False,
ViewPoint->{-2.31`,-2.47`,-0.06`},ViewAngle->20Degree,ViewCenter->{0.3, 0.5, 0.5},ViewVertical->{1,0,0}
]
]

(* ::Section:: *)
(*Preview*)

(* ::Input:: *)
(*Manipulate[animation[r],{r,0,1,Appearance->"Open"}]*)

(* ::Section:: *)
(*Export*)

(* ::Input:: *)
(*{time,frames}=AbsoluteTiming[ParallelTable[Rasterize[animation[r],ImageSize->350],{r,0,1,.01}]];*)
(*Print@time;*)
(*Export["anim2.gif",frames,AnimationRepetitions->Infinity,"DisplayDurations"->.18]*)

Popisky

Schématické znázornění kvantového měření spinu

Položky vyobrazené v tomto souboru

zobrazuje

Nějaká hodnota bez položky na Wikidatech

Historie souboru

Kliknutím na datum a čas se zobrazí tehdejší verze souboru.

Datum a časNáhledRozměryUživatelKomentář
současná14. 8. 2021, 10:37Náhled verze z 14. 8. 2021, 10:37350 × 350 (627 KB)JozumBjadaCross-wiki upload from cs.wikipedia.org

Tento soubor používá následující stránka:

Globální využití souboru

Tento soubor využívají následující wiki:

  • Využití na eu.wikipedia.org

Metadata