Quantenchaos, ein nicht technischer Begriff, ist eine wissenschaftliche Abkürzung, die sich auf die Verwendung der Chaostheorie zur Erklärung von Quantensystemen bezieht. Die Chaostheorie kann die Unregelmäßigkeiten erklären, die in allen dynamischen Systemen von der Makro- bis zur Mikroebene auftreten. Zu diesen Unregelmäßigkeiten gehören eine Kugel beim Umlauf eines Satelliten um einen Planeten oder die unvorhersehbare Position eines Elektrons auf atomarer Ebene. Quantensysteme sind solche Systeme, die auf molekularer Ebene operieren. Nimmt man diese Definitionen zusammen, versucht das Quantenchaos, Unregelmäßigkeiten in molekularen Systemen zu erklären.
Wissenschaftler waren sich lange Zeit unsicher, ob es ein Quantenchaos gibt. Atome neigten dazu, vorhersagbare wellenförmige Energiemuster zu zeigen. Objekte auf molekularer Ebene schienen keine extreme Empfindlichkeit gegenüber Anfangsbedingungen auszudrücken, der traditionellen Definition von physikalischem Chaos. Sogar einige aufgetretene Probleme könnten durch die Störungstheorie erklärt werden, die geringfügige Abweichungen in einem System zulässt, das ein weitgehend regelmäßiges Verhalten zeigt, das durch die klassische Physik erklärt werden kann.
Wie einige Physiker des 20. Jahrhunderts entdeckten, konnten jedoch nicht alle auf molekularer Ebene auftretenden Ereignisse durch klassische Quantenmodelle hinreichend erklärt oder vorhergesagt werden. Nach diesen Modellen würden Ereignisse wie die Teilchenbewegung von einem Ort zum nächsten exponentiell wachsende Energiemengen erfordern, die unmöglich zu erzeugen wären. Da beobachtet wurde, dass sich Teilchen bewegen, ohne diese Energieniveaus zu erzeugen, mussten die Wissenschaftler jedoch einen anderen Weg finden, um das Phänomen zu erklären.
Ein Weg, den Wissenschaftler erklärten, war das Studium des Rydberg-Atoms. Rydberg-Atome sind hochenergetische Atome, die ein chaotisches Verhalten zeigen, das durch klassische Physik erklärt werden kann. Die Untersuchung dieser Atome hat gezeigt, dass Systeme, an denen Quantenchaos beteiligt ist, stark korrelierte Energieniveaus haben. Die Energieniveaus der Teilchen sind nicht wie bei klassischen Molekülen zufällig verteilt. Die Ereignisse eines Subsystems sind untrennbar mit den Ereignissen eines anderen Subsystems verbunden. Als Ergebnis kann ein Energiespektrum verwendet werden, um das Verhalten dieser Teilchen zumindest teilweise zu erklären.
Eine andere Methode bestand darin, Situationen zu untersuchen, in denen die klassische Physik Unregelmäßigkeiten in großen Systemen erklären konnte. Die Mechanik hinter dem Wackeln in der Umlaufbahn des Mondes um die Erde aufgrund der Anziehungskraft der Sonne wurde verwendet, um eine statistische Messung zu erstellen, die half, das Verhalten von niederenergetischen Teilchen zu erklären und vorherzusagen. Während klassische Modelle der Physik das Verhalten dieser chaotischen molekularen Systeme nicht angemessen erklären können, ist es interessant, dass das Quantenchaos diese Modelle als Ausgangspunkt nutzt, um neue Modelle zu erstellen, um diese Systeme besser zu verstehen.