Sistemi quantistici a due stati

Un sistema a due stati -o a due livelli- è un modello teorico elementare della fisica quantistica, che, oltre ad avere un’importanza didattica, descrive esattamente alcune situazioni sperimentali con notevoli risvolti applicativi: dalla risonanza magnetica in campo medico fino al Qubit in informatica quantistica. In generale un sistema a due stati è un sistema che può quantisticamente esistere ed evolvere come sovrapposizione di soli due stati indipendenti. Un naturale esempio di sistema a due stati è ogni particella quantomeccanica di spin-1 2 . Una misura dello spin della particella porta infatti sperimentalmente a soltanto due possibili valori, corrispondenti a due soli stati indipendenti. La particella di spin-1 2 rappresenta perciò in fisica il sistema a due stati per antonomasia. Eppure ogni sistema quantistico (si pensi all’oscillatore armonico) con energia non sufficiente ad andare oltre il primo stato eccitato può certamente essere modellizzato come sistema a due stati, da identificarsi con il livello fondamentale e il primo livello eccitato. Introducendo dapprima il formalismo matematico di Pauli per gli operatori -in particolare per l’operatore Hamiltoniano- saremo poi in grado di applicare i risultati teorici al modello per la molecola H+2 e per l’effetto Stark, nonché a spiegare fenomeni importanti come la Risonanza Magnetica Nucleare, e l’assorbimento atomico di energia luminosa.