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Grundzustand

Der Grundzustand eines quantenmechanischen oder quantenfeldtheoretischen Systems ist dessen Zustand mit der geringstmöglichen Energie (siehe auch Energieniveau).

Der Grundzustand eines Systems ist stets stabil, da es keinen Zustand niedrigerer Energie gibt, in den übergehen könnte. Systeme in Zuständen höherer Energie (angeregter Zustand) können in Einklang mit dem Energieerhaltungssatz unter Energieabgabe in den Grundzustand übergehen, wenn dies nicht durch bestimmte Gesetzmässigkeiten, wie etwa andere Erhaltungsätze, verboten ist. Da die Temperatur eine monotone steigende Funktion der Energie ist, befinden sich Systeme in einer kalten Umgebung (für die meisten Systeme, z. B. Atome, ist Raumtemperatur schon eine kalte Umgebung) normalerweise in ihrem Grundzustand.

Der Grundzustand eines quantenmechanischen Systems muss nicht eindeutig sein. Falls es mehrere Zustände mit derselben niedrigsten Energie gibt, wird dies als entarteter Grundzustand bezeichnet. Ein Beispiel, in dem dies auftritt, ist die spontane Symmetriebrechung, wo durch die Entartung des Grundzustandes die Symmetrie des Systems effektiv reduziert wird.

In der Quantenfeldtheorie ist der Grundzustand auf dem Minkowskiraum durch seine Invarianz unter Poincaré-Transformationen, insbesondere unter der Zeittranslation definiert. Da für gekrümmte Raumzeiten die Poincarégruppe keine Symmetriegruppe ist, haben Quantenfelder in gekrümmten Raumzeiten keinen eindeutigen Grundzustand. Genauer ausgedrückt gibt es nur dann einen eindeutigen Grundzustand, wenn es eine einparametrige Isometriegruppe von Zeittranslationen der Raumzeit gibt.

Siehe auch