В какой момент определяют вращение в аппарате Штерна-Герлаха?

Рассмотрим частицу со спином, которая проходит через ящик Штерна-Герлаха (SGB), который проецирует спин частицы на одно из собственных состояний в г -направление. SGB ​​определяет отдельные траектории для частиц, которые проходят через него, в зависимости от их спина.

Мой вопрос: в какой момент определяется спин, когда он находится в суперпозиции? Когда частица начинает ощущать магнитное поле? Или только при измерении траектории в детекторе?

Это аналогичный вопрос, однако он не отвечает на мой вопрос.

Ответы (4)

Ваш вопрос является интересной частью открытой проблемы основ квантовой механики, проблемы измерения. На самом деле это нельзя решить экспериментально, и разные интерпретации КМ говорят о разных вещах. (Например, во многих мирах, если все сделано правильно, экспериментатор входит в запутанную суперпозицию с частицей, и спин никогда не определяется.)

Спиновая волновая функция унитарно эволюционирует либо в верхнее, либо в нижнее состояние за счет декогерентности с окружающей средой, то есть измерения.

Редактировать

Когда частица входит в магнитное поле, волновая функция эволюционирует (унитарно) в соответствии с

я ℏ ∂ т | ψ ⟩ "=" е м Б ⋅ С | ψ ⟩
поэтому амплитуды вверх и вниз просто развиваются по-разному. В случае аппарата Штерна-Герлаха Б неоднородна, поэтому волновая функция электрона также эволюционирует в пространстве. Вы можете записать общую волновую функцию положения спина как

| ψ ⟩ "=" ∫ д Икс ( ψ ↑ ( Икс ) | Икс ⟩ | ↑ ⟩ + ψ ↓ ( Икс ) | Икс ⟩ | ↓ ⟩ )
так что взаимодействие с магнитным полем принципиально изменяет коэффициенты ψ ↑ ( Икс ) и ψ ↓ ( Икс ) .

Теперь, в принципе, волновые функции всегда развиваются только унитарно («плавно»), потому что плохие вещи случаются, когда они не происходят. Таким образом, даже когда электрон сталкивается с детектором, система остается в некоторой суперпозиции. Проблема в том, что теперь мы рассматриваем не только степени свободы электрона, но и детектора (и экспериментатора, и его окружения и т. д.). Поэтому волновая функция, которую я написал выше, становится намного сложнее:

| С у с т е м ⟩ "=" с т ты ф ф ⊗ | ↑ ⟩ + м о р е с т ты ф ф ⊗ | ↓ ⟩

После измерения в принципе (из-за линейности квантовой механики) с т ты ф ф " часть развивается совершенно независимо от " м о р е с т ты ф ф ", и экспериментатор не может сказать, что он сам находится в суперпозиции двух исходов (кот Шредингера). Однако на практике, когда у вас есть много-много степеней свободы, подобные состояния имеют тенденцию быть очень нестабильными и быстро распадаться. в состояние, в котором суперпозиция теряется, что называется декогеренцией.

Но что такое измерение? Можно ли считать вход в магнитное поле измерением? после всего его действия на частицу.
Пожалуйста, смотрите мое редактирование.
Я надеялся, что есть более простой ответ. У меня был только вводный курс по квантовой механике. Но, похоже, этот вопрос имеет большее значение, чем я ожидал. Спасибо за развернутый ответ!

Вращения определяются, когда они сталкиваются с чем-либо (т. е. «декогерентируются» при взаимодействии с макроскопическим объектом). Вы можете вывести их траекторию, которая восходит к началу неоднородного поля.

Спин определяется при наблюдении или измерении. В этот момент частица должна занять только одно положение. Большой проблемой в экспериментальной физике является то, что когда вы наблюдаете или измеряете что-то, вы на самом деле сами меняете это, например, наблюдая за потоком электронов, вы воздействуете на него фотонами, тем самым изменяя скорость электронов, положение и т. д. Спин зависит от фактора окружающей среды, т.е. измерения.

В какой момент определяют вращение в аппарате Штерна-Герлаха?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v