Angel "Java" Lopez en Blog

6 de Mayo, 2012


Publicado el 6 de Mayo, 2012, 18:30

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En el anterior post presenté un experimento de Stern-Gerlach esquematizado como:

Podemos hacer pasar un haz de átomos (producida por una fuente) por un campo magnético NO UNIFORME. Esto es importante: que no sea no uniforme, porque es lo que provoca que el haz se escinda (no hace falta entender por qué ahora, ya lo veremos en algún post futuro: lo importante es comenzar a ver cuáles son los resultados de un experimento real). Notablemente, la previsión clásica indica que los átomos se dividen en un continuo, no en en n haces. En el experimento que presenté, se escindieron en 3 haces (el experimento original de 1922 usó átomos de plata, que se escindieron en dos haces). Así, si pusiéramos una placa detectora de átomos a la salida del aparato, la física clásica espera ver un haz "estirado" contínuo:

Pero lo que se vería en realidad es (en el caso de 3 haces):

Recordemos que podemos filtrar la salida, por ejemplo, quedarnos con el haz superior:

Veamos ahora un experimento modificado (sugerido en Richard Feyman, en sus famosas Lectures), para simplificar el tratamiento de los haces salientes:

Esta vez, el aparato está preparado para "juntar" los haces salientes. Nunca se hizo este experimento, es, digamos, un experimento ideal para poder procesar la salida por otro aparato puesto más a la derecha. También agregué, para futura referencia, tres ejes: z, con positivo para arriba, y, en la dirección del haz, x, que es perpendicular a la página/pantalla.

Para no estar dibujando todo el aparato y los haces, voy a presentar (de nuevo, siguiendo a Feynman) un diagrama equivalente pero simplificado del aparato, llamémoslo aparato S:

Cuando ponga filtros a la salida, lo representaré como:

Lo interesante de este experimento es que pone de manifiesto TRES ESTADOS BASE de los elementos del haz (ahora son átomos, pero podrían ser otros elementos). Los llamaré estados +, 0 y -. Es uno de los primeros experimentos que exhibe una salida no explicable clásicamente, de neto corte cuántico. Es similar a separar las monedas cuánticas por "cara" o "ceca". PERO TENEMOS QUE RECORDAR: en ambos casos, en el aparato Stern-Gerlach y en nuestra cámara fotográfica de monedas, hablamos de ESTADO BASE según una dirección: el eje z en el experimento de arriba, y "desde arriba" en el experimento de la moneda. Si giráramos el aparato (y entonces, el campo magnético) obtendríamos la separación en OTROS ESTADO DE BASE.

Podemos poner dos aparatos iguales, uno atrás del otro, alineados, con el campo magnético dirigido hacia las z positivas. Si ponemos filtros que obturen los haces 0 y -, la MISMA CANTIDAD de elementos pasa por el primer filtro que en el segundo. Es decir, entran N en el primero, salen aN (siendo a < 1) de ese aparato, y los mismos aN salen del segundo:

Esto no es una afirmación mía: es parte de lo que se sabe por experimentación. Si ahora ponemos los filtros de otra forma en el segundo aparato:

la salida es NULA. Eso es lo que hace de este aparato un buen filtro: la separación de los haces es tal, que los estados base se revelan como "excluyentes": un estado base no puede aparecer como otro estado base (suponiendo que no le pasa nada al haz entre el primer aparato y el segundo, cosa que es difícil de asegurar en un experimento real).

Tenemos que estudiar: ¿cuánto valdrá el coeficiente a? ¿qué pasará si giramos el segundo aparato, de tal manera que se mantenga alineado con el eje y, pero su campo magnético ya no apunte en el sentido de las z positivas? ¿podremos decir algo sobre esos coeficientes? ¿cómo será la relación entre el haz + de un aparato S, y otro estado base +' de otro aparato T girado, no alineado con S? Iremos descubriendo que el formalismo de los primeros posts se creó para explicar y aplicar a los resultados de éste y otros experimentos similares.

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia