¿Qué es la degeneración cuántica?

¡El concepto es el mismo que la degeneración clásica! El término degeneración se refiere a nuestra falta de conocimiento sobre el sistema. Déjame poner un ejemplo simple:

Imagine que tiene un sistema de dos partículas distinguibles a y b que pueden estar en dos niveles diferentes de energías 0 y 1 . Ahora desea etiquetar los posibles estados del sistema por la energía del sistema total (es decir, energía de a + energía de b ). Tenga en cuenta que solo hay 3 posibles energías totales que son 0, 1 y 2. Sin embargo, tenemos dos formas posibles de estar en el estado 1 (partícula a en 0 + partícula b en 1 Y partícula a en 1 + partícula b en 0), mientras que solo hay una combinación que proporciona cada uno de los estados de energía total 0 y 2. Luego decimos que el estado de energía total 1 es un estado degenerado porque si alguien nos dice que todo el sistema está en este estado, no podemos determinar el estado particular estado de nuestro sistema!

Como dije anteriormente, la degeneración puede ser “superada” con un mejor conocimiento del sistema. En este ejemplo particular, necesitaríamos otra magnitud para describir explícitamente el estado en que nos encontramos. Esto podría ser, por ejemplo, la diferencia de energías entre la partícula ayb o simplemente la energía de una de las partículas. Si se realiza esta medida, la degeneración se ha roto. Este concepto es muy importante, por ejemplo, en la descripción del átomo de hidrógeno (como físico me resulta difícil describir átomos de más de un protón) donde para cada nivel de energía tiene degeneración. En la imagen de abajo puedes ver los orbitales p del átomo de hidrógeno:

Cada uno de estos estados del electrón tiene la misma energía, pero como puede ver, la posición del electrón es completamente diferente en cada uno de ellos. ¡Como en el caso más simple, necesitamos una cantidad que rompa esta degeneración y en este caso el ganador es el momento angular!