Definición
Un Estado de Fock (Estado de Número) es un estado cuántico que es un autovector del operador número para un modo o especie de partícula específica, con un autovalor entero n que representa el recuento exacto de cuantos (por ejemplo fotones, fonones o partículas) en ese modo.
Principio
Principio
El principio organizador es que el operador número N = a†a (para modos bosónicos) tiene un espectro discreto de enteros no negativos, y sus autovectores |n⟩ constituyen una base ortonormal que diagonaliza la energía en sistemas armónicos y fija el número de partículas por modo.
Demostración
Demostración
En óptica cuántica, una fuente heraldada de fotones únicos puede preparar el modo en |1⟩; las estadísticas de conteo muestran a lo sumo un fotón y antibunching. En QED de cavidad, las transiciones resonantes discretas permiten identificar los estados |n⟩ en la escalera de energía.
Aplicación incorrecta
Aplicación incorrecta
Tratar un Estado de Fock como si tuviera una fase bien definida como un estado coherente es una mala aplicación: los estados de número tienen máxima incertidumbre de fase. Confundir el conteo por modos con el conteo total sobre varios modos es otro error común.
Consecuencia
Consecuencia
Aplicados correctamente, los Estados de Fock proporcionan una base ortonormal completa del espacio de Fock, permiten predicciones exactas de conteo, estadísticas no clásicas (p. ej. antibunching) y el cálculo directo de elementos de matriz para procesos que conservan o intercambian quanta.
Inversión
Inversión
El reverso enfatiza estados con fase definida y número indefinido (estados coherentes) o localización gaussiana en el espacio de fases (estados squeezed), mostrando deslocalización en el número en lugar de precisión en el conteo.
Límite
Límite
Se aplica a estados puros que son autovectores del operador número para un modo o especie especificada; excluye mezclas estadísticas, restricciones de superselección que prohíben superposiciones de número y contextos con identidad de partícula o etiquetado de modos ambiguo.
Tensión semántica
Tensión semántica
Existe tensión entre la descripción por conteo de partículas (base número) y la descripción por onda/fase (bases coherente/cuadratura): ambas capturan observables complementarios que no pueden ser nítidos simultáneamente debido a la incertidumbre número–fase.
Síntesis
Síntesis
Los Estados de Fock son los estados discretos con número definido que constituyen la base del espacio de Fock para modos y osciladores; son esenciales para predicciones de recuento exactas, revelan estadísticas intrínsecamente cuánticas y contraponen a los estados localizados en fase.