Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 30 de Abril, 2012, 16:38

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El primer ejemplo que presenté, el de la moneda cuántica, fue un ejemplo inventado. Y lo que siguió en esta serie, es la presentación del formalismo que explica ese ejemplo y otros, como el de la pelotita cuántica. Pero ese ejemplo inventado de la moneda, tiene su origen en un experimento real. Me refiero al experimento de Stern-Gerlach.

Tenemos una fuente que produce un haz de átomos y se los hace pasar por un aparato que produce un campo magnético (no homogéneo, producido por dos imanes, uno con su polo en punta). Los átomos se desvían de su trayectoria, por influencia del campo. El estado de los átomos al salir de la fuente está distribuido al azar. Según la física clásica, cada átomo se desplazará, algunos atraídos hacia un lado del aparato, otros hacia el otro, algunos permaneceran igual. Todo esto dependerá de su estado interno, que interacciona con el campo magnético. Pero la predicción clásica es: los átomos se dispersan, a lo largo de una línea final. Pueden imaginar que en vez de átomos, tenemos veleros, que se dirigen (en el diagrama de abajo) de izquierda a derecha, en línea recta, por un río. Y un viento perpendicular los perturba. La orientación de sus velas está distribuida al azar. Entonces, algunos veleros se acercaran a una ribera, y otros a otra, algunos se desviaran 10 metros, otros 100, otros 50, otros 20 o 32 metros, dependiendo de la disposición de sus velas, hacia una ribera u otra. Pero al final, estarán distribuidos. en lugar de formar un haz.

Pero si se realiza el experimento con ciertos átomos, no forman una línea de dispersión. Por ejemplo, los átomos de plata se dispersan, PERO EN DOS HACES (ver el artículo de la Wikipedia). En el diagrama que presento, elegí poner un haz que se dispersa en tres haces. AMBOS CASOS SON INCOMPATIBLES con la predicción clásica.

En el caso de nuestra moneda cuántica, al realizar el experimiento de "sacar la foto desde arriba", solamente se presentaban en dos "haces": "cara" o "ceca". Lo mismo pasa con los átomos del diagrama: podemos poner que aparecen en estados | + >, | 0 > y | - > por usar la notación que ya empleé en esta serie.

Este experimento, realizado en 1922, fue una corroboración de la hipótesis de Bohr-Sommerfeld, que afirmaba que el momento angular de los átomos de plata estaba cuantizado, que sólo se presentaba en una serie discreta de valores. Tenemos que seguir estudiando qué pasa con estos haces, ya sea con átomos o con electrones mismos (en los tiempos del primer experimento, no se pensaba que haces de electrones iban a reaccionar de esta forma discreta), y trataré de mostrarles cómo podemos aplicar el formulismo que vimos a este tipo de sistemas.

Por ahora, destaco: éste es un experimento real, que produjo resultados que no se esperaba en la teoría clásica. Pero algo más: éste es el tipo de experimento que consigue filtrar elementos según su estado. Esos estados (como nuestra "cara" o "ceca" del experimento "tomar la foto desde arriba"), son los llamados estados de base. Un experimento puede no producir claros filtros (en este caso, los haces se verían difuminados). En el caso límite, en vez de tres o dos haces, tendríamos una línea de dispersión.

Pero si se producen claramente tres haces, podemos seguir experimentando. Imaginemos que de los tres haces, bloqueamos dos, y el tercero lo hacemos pasar por un segundo aparato, apenas desplazado en ángulo del primero (esto es importante, el ángulo debe ser pequeño). Pues bien, el resultado (de un experimento real, no algo inventado), es que del segundo aparato SOLO SALE UN HAZ. Esto pasa cada vez que tenemos un aparato con buen filtrado: que permite identificar los estados de base de un elemento.

Vamos a ver que cada átomo, cuando sale de la fuente, no está en UNO de los tres estados. Sino que puede estar en una superposición de estados (ver artículo de la wikipedia). Y vamos a ir descubriendo cómo el formalismo que ya vimos se adecua a los resultados de los experimentos. Lo que no sorprende, porque todo ese formalismo SE DERIVO para explicar lo extraño de éste y otros resultados.

Resumen:

- Hay estados de base
- Hay experimentos que permiten filtrar por estados de base
- Pero no olvidar que el estado de un elemento es una superposición de estados de base

Tenemos que explorar cuáles son los resultados si combinamos aparatos de Stern-Gerlach de distintas maneras (en distintos ángulos, colocando filtros y combinándolos, etc.)

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia