Un fenómeno de interferencia cuántica en el que partículas cargadas adquieren un desplazamiento de fase medible determinado por potenciales electromagnéticos en regiones donde los campos electromagnéticos clásicos son nulos, demostrando la importancia física de los potenciales y el papel de la topología en mecánica cuántica.

Principio

La idea organizadora es que la fase cuántica depende de la integral de línea del potencial vectorial a lo largo de la trayectoria de la partícula; cuando las trayectorias rodean regiones con flujo no trivial, las fases relativas cambian aunque los campos locales sean nulos en las trayectorias.

Demostración

En un experimento de doble rendija con un solenoide largo ideal colocado entre las rendijas pero apantallado de modo que los electrones nunca atraviesen líneas de campo magnético, las franjas de interferencia se desplazan cuando cambia el flujo magnético contenido, mostrando una fase proporcional a ese flujo.

Aplicación incorrecta

Explicar el desplazamiento de interferencia invocando fuerzas clásicas residuales o campos filtrados sin descartar una contribución de fase topológica real; o esperar el efecto para haces incoherentes de partículas donde la información de fase se pierde.

Consecuencia

Cuando se aplica correctamente, demuestra la no localidad de los potenciales, produce desplazamientos observables de franjas y oscilaciones de conductancia dependientes de fase en anillos mesoscópicos, y fundamenta conceptos de invariancia de gauge y fases topológicas en sistemas cuánticos.

Inversión

La inversión es cuando la región encerrada por las trayectorias es topológicamente trivial o está completamente apantallada de modo que la integral de línea del potencial alrededor de cualquier lazo cerrado es cero, produciendo ninguna fase relativa y ningún desplazamiento de interferencia.

Límite

Requiere coherencia entre trayectorias interferentes y un espacio de configuración no simplemente conexo (trayectorias que rodean una región de flujo). No implica fuerzas sobre trayectorias clásicas donde los campos son realmente nulos; está ausente para haces incoherentes o cuando los campos penetran las trayectorias.

Tensión semántica

Existe tensión entre la intuición clásica local (los campos ejercen fuerzas) y la topología cuántica (los potenciales producen fases). Está relacionado, pero es distinto, de fases geométricas como la fase de Berry, porque depende de los potenciales electromagnéticos y del entrelazado topológico de las trayectorias.

Síntesis

El efecto Aharonov‑Bohm es la manifestación de que potenciales electromagnéticos en regiones sin campo pueden inducir fases relativas detectables entre trayectorias cuánticas coherentes, revelando la topología y la estructura de gauge como relevantes físicamente en la interferencia cuántica.