Kvantmekanik är ett utomordentligt framgångsrikt sätt att förstå den fysiska världen i extremt små skalor. Genom det, en handfull regler kan användas för att förklara majoriteten av experimentellt observerbara fenomen. Ibland, dock, vi stöter på ett problem inom klassisk mekanik som ställer till särskilda svårigheter för översättning till kvantvärlden.

En ny studie publicerad i European Physical Journal D har gett några insikter i en av dem:momentum. Författarna, teoretiska fysiker Fabio Di Pumpo och Matthias Freyberger från Ulms universitet, Tyskland, presentera en elegant matematisk modell för kvantmoment som är tillgänglig via ett annat klassiskt koncept:time-of-flight.

Många människor kommer att minnas den traditionella definitionen av momentum från high-school fysik som är produkten av massan av ett objekt och den hastighet med vilken den rör sig. I kvantteorin ett objekt representeras av en vågfunktion och dess läge inte kan bestämmas om inte vågfunktionen är 'kollapsade' till ett enda tillstånd. Detta är kärnan i mätning inom kvantmekaniken.

Klassisk fart kan erhållas helt enkelt genom mätning av den tid ett objekt tar att passera mellan två stationära detektorer ( 'time-of-flight'), hitta hastigheten och multiplicera med massan. Di Pumpo och Freyberger har utvecklat en modell av kvantekvivalenten till detta experiment där rollerna för tid och avstånd är omvända:tidpunkterna är fixerade, och de probabilistiska positionerna för en vågfunktion vid varje punkt, och därmed avståndet mellan dem, beräknad. Detta tillvägagångssätt använder ytterligare kvantsystem som kallas pekare som är kopplade till ett rörligt vågpaket med hjälp av en metod utvecklad av von Neumann, med mätningar gjorda på pekarna snarare än vågen.

Di Pumpo och Freyberger kunde alltså härleda en singel, mätbar kvantitet som är en kvantekvivalent med den klassiska flygtiden, och att beräkna rörelsemängden för en kvantpartikel ganska exakt på denna grund. De avslutar uppsatsen med att föreslå sätt att ytterligare förbättra mätningens noggrannhet.