Kvantetal

Kvantetal i kvantefysikken er tal som vert nytta for å karakterisere observerbare storeleikar. Dei syner til kor stor ein storleik er i forhold til ein viss minste storleik, eit elementærkvant, og er derfor dimensjonslause.

Som regel er eit kvantetal heiltalig, men iblant viser det seg praktisk å velje elementærkvantet slik at kvantetalet òg kan vere halvtalig. Ein partikkel vil ifølge kvantefysikken kunne ha bestemte tilstandar, såkalte eigentilstandar. Til kvar slik tilstand svarar eit særskild sett kvantetal. For å skildre eit enkelt elektron i eit atom brukar ein til dømes vanligvis fire kvantetal som symbolsk vert skrive med n, l, m og s.

Hovudkvantetalet, n, kan han alle mogelege verdiar frå og med éin og syner i første tilnærming til energien til elektronet. I hydrogenatomet er såleis energien proporsjonal med 1/n². Banespinnkvantetalet, l, som òg blir kalla det asimutale eller orbitale kvantetalet, syner til banespinnet til elektronet som er √l(l+1)ℏ, der ℏ (vert lese h-strek) er Planckkonstanten dividert med 2π. Kvantetalet l kan ha heiltalige verdiar frå 0 til n− 1. Stundom blir verdien av l symbolsk ved bokstavane s, p, d, f, g osv. for l = 0, 1, 2 osv.

Det magnetiske kvantetal, m, syner til projeksjonen av banespinnet l i ei særskild retning, og kan han heiltalige verdiar frå −l til +l. Spinnkvantetalet, s, kan ha verdiane +½ og −½ og syner på tilsvarande måte som m projeksjonen av eigenspinnet til elektronet.

Når ein skildrar eit system av et bestemt sett av kvantetal seier ein at desse er gode kvantetal. For komplekse atom og molekyl vil dei nemnte fire kvantetala ikkje vere gode. Ein må da førestille seg at eit særskild elektron berre blir skildra ein del av tida ved eit bestemt sett av desse, og elles ved eit eller fleire andre sett. Om ein gjer målingar på eit slikt system, finn ein snart at det er i ein tilstand skildra ved det eine settet, snart i ein tilstand skildra ved det andre settet. Ein kan då finne nye avleidde kvantetal som skildrar systemet eintydig, og derfor i dette tilfellet er gode kvantetal.

Omgrepet kvantetal har i noko grad òg blitt brukt om storleikar som elektrisk ladning, nukleontal, baryontal og leptontal i elementærpartikkelfysikken. Desse har ein annan karakter enn kvantetala i atomfysikk, og det kan vere meir relevant å bruke omgrepet ladningstal om desse storleikane.