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フォック状態とは?

ふぉっくじょうたい

フォック状態とは量子力学における概念で、場の中に存在する粒子の数が確定している状態を指し、量子場理論の基礎をなす重要な概念です。

フォック状態(Fock state)とは、量子力学・量子場理論において、ある特定のモードに存在する粒子の数が正確に定まった状態を指します。ソビエトの物理学者ウラジミール・フォック(Vladimir Fock)にちなんで命名されました。

量子力学では、粒子の数自体も量子的な観測量となりえます。フォック状態はその「粒子数固有状態」であり、測定すると必ず確定した整数の粒子数が得られます。たとえば「光子が3個存在する状態」や「フォノンが0個の真空状態」などがフォック状態の例です。特に粒子数がゼロの状態は「真空状態」と呼ばれ、量子場理論において基底状態として重要な役割を果たします。

フォック状態の全体が張る空間を「フォック空間」と呼び、生成演算子・消滅演算子を用いて粒子の増減を数学的に記述します。この枠組みは第二量子化と呼ばれる手法の中心概念であり、多粒子系の量子力学や量子電磁気学(QED)・量子光学などの基盤となっています。量子コンピューターや量子通信の研究においても、光子のフォック状態を精密に制御する技術が注目されています。

使い方・例文

量子光学の実験で、研究者は光子が正確に1個だけ存在するフォック状態を生成し、単一光子源として利用した。

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