Berry-fase er i kvantemekanikk en fase som bølgefunksjonen til et fysisk system får når systemet gjennomgår en syklisk prosess (starter og slutter på samme sted).
Fasen ble oppdaget av fysikeren Michael Berry i 1984, og er av betydning i blant annet atomfysikk, optikk, og faste stoffers fysikk.
I kvantefysikk beskrives et fysisk system av en bølgefunksjon som er karakterisert ved en amplitude og en fase. Frem til 1984 var det en allmenn oppfatning innen kvantefysikk at fasen til bølgefunksjonen ikke var av fysisk betydning, i den forstand at den kunne velges vilkårlig på ethvert punkt i rom og tid.
Oppdagelsen av Berry-fasen ble gjort i 1984 av fysikeren Michael Berry. Han viste at for et fysisk system som gjennomgår en syklisk prosess hvor man starter og ender opp på samme sted langs en gitt bane, vil fasen til bølgefunksjonen som beskriver systemet ha en annen verdi enn fasen var til å begynne med. Dette da til tross for at systemet har endt opp på samme sted som det begynte langs banen.
Berry-fasen er et eksempel på en geometrisk fase, som ikke er et særegent kvantemekanisk fenomen. Slike faser opptrer også i klassisk fysikk og matematikk.
En geometrisk fase oppnås for eksempel ved parallelltransport av en vektor. Dette illustreres i figuren til høyre. Parallelltransport av en vektor består av at en vektor transporteres langs en vei (stiplet linje i figuren) på en slik måte at den peker tangensielt på overflaten den beveger seg langs. I (a) er overflaten et to-dimensjonalt rektangel. Forflytningen av vektoren en runde langs den stiplede linjen er en syklisk prosess. Når vektoren har flyttet seg fra start til slutt, viser figuren at vektoren fremdeles peker i samme retning. Det er altså ingen vinkel (fase) mellom start- og sluttvektor.
Dette endres hvis vi istedet betrakter transport av en vektor langs overflaten av en sfære, som vist i (b). Under betingelsen av vektoren alltid transporteres slik at den peker tangensielt på overflaten til sfæren, fremgår det av figuren at startvektoren peker i en annen retning enn sluttvektoren. Det er altså en endelig vinkel, eller fase, mellom disse to vektorene, selv om vektoren har endt opp på nøyaktig samme sted som den begynte.
På samme vis som en endelig vinkel (fase) kan oppnås for en vektor under parallelltransport, avhengig av geometrien til overflaten som den transporteres langs (rektangel eller sfære), vil en kvantemekanisk bølgefunksjon kunne oppnå en Berry-fase under en syklisk prosess til systemet, avhengig av Hamilton-operatoren og det tilhørende parameterrommet.
Innsikten om Berry-fasen endret på den allmenne oppfatningen i kvantefysikken om at fasen til en bølgefunksjon er kan velges på en vilkårlig måte på ethvert punkt i rom og tid. Berry-fasen er et viktig konsept i den moderne beskrivelsen av ulike fenomener innen blant annet faste stoffers fysikk, og har eksperimentelt observerbare konsekvenser.
Ett eksempel på en eksperimentell manifestering av Berry-fasen er den såkalte Aharonov-Bohm-effekten hvor interferensmønsteret til elektroner som treffer en skjerm kan påvirkes av et magnetisk felt som påtrykkes i en region som elektronene ikke har tilgang til å bevege seg i.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.