Kvantetall

Kvantetall i kvantefysikken er tall som brukes for å karakterisere observerbare størrelser. De angir hvor stor en størrelse er i forhold til en viss minste størrelse, et elementærkvant og er derfor dimensjonsløse.

Som regel er et kvantetall heltallig, men iblant viser det seg praktisk å velge elementærkvantet slik at kvantetallet også kan være halvtallig. En partikkel vil ifølge kvantefysikken kunne innta bestemte tilstander, såkalte egentilstander. Til hver slik tilstand svarer et bestemt sett kvantetall. For å beskrive et enkelt elektron i et atom brukes f.eks. vanligvis fire kvantetall som symbolsk betegnes med n, l, m og s.

Hovedkvantetallet n kan anta en hvilken som helst verdi fra og med én og angir i første tilnærmelse elektronets energi. I hydrogenatomet er således energien proporsjonal med 1/n². Banespinnkvantetallet l, som også blir kalt det asimutale eller orbitale kvantetall, angir elektronets banespinn som er √l(l+1)ℏ, hvor ℏ er Plancks konstant dividert med 2π. Kvantetallet l kan anta heltallige verdier fra 0 til n − 1. Iblant angis verdien av l symbolsk ved bokstavene s, p, d, f, g osv. for l = 0, 1, 2 osv.

Det magnetiske kvantetallet m angir projeksjonen av banespinnet l i en bestemt retning, og kan anta heltallige verdier fra −l til +l. Spinnkvantetallet s kan anta verdiene +½ og −½ og angir på tilsvarende måte som m projeksjonen av elektronets egenspinn.

Når et system beskrives av et bestemt sett av kvantetall, sies disse å være gode kvantetall. For komplekse atomer og molekyler vil de nevnte fire kvantetall ikke være gode. Man må da forestille seg at et bestemt elektron bare beskrives en del av tiden ved et bestemt sett av disse, og for øvrig ved et eller flere andre sett. Foretar man målinger på et slikt system, finner man snart at det er i en tilstand beskrevet ved det ene settet, snart i en tilstand beskrevet ved det andre settet. Man kan da finne nye avledede kvantetall som beskriver systemet entydig, og derfor i dette tilfelle er gode kvantetall.

Begrepet kvantetall har i noen grad også blitt brukt om størrelser som elektrisk ladning, nukleontall, baryontall og leptontall i elementærpartikkelfysikken. Disse har en annen karakter enn kvantetallene i atomfysikk, og det kan være mer relevant å bruke betegnelsen ladningstall om disse størrelsene.