Doświadczenie Sterna-Gerlacha — kwantowanie spinu
Klasycznie wiązka atomów z momentem magnetycznym powinna rozmyć się w ciągłą smugę. Tymczasem daje dwa dyskretne punkty — spin przyjmuje tylko dwie wartości. Ustaw gradient pola i kąt drugiego analizatora, a zobaczysz prawdopodobieństwa cos²(θ/2) i jak pomiar w nowej osi „kasuje” poprzedni.
Co się właśnie stało?
Atomy z momentem magnetycznym przelatują przez niejednorodne pole. Klasycznie ich „magnesiki" byłyby ustawione pod dowolnym kątem, więc na ekranie powstałaby ciągła smuga. Tymczasem pojawiają się dokładnie dwa punkty — moment magnetyczny (spin) może przyjąć tylko dwie wartości rzutu.
Kwantowanie i rzut spinu:
Jeśli wiązkę „+½" zmierzyć ponownie w osi obróconej o , znów daje dwa wyniki — z prawdopodobieństwami i .
Niezmiennik — nieprzemienność pomiarów:
Pomiar spinu w jednej osi niszczy informację o spinie w osi prostopadłej. Nie da się jednocześnie znać rzutu spinu na dwie różne osie — to fundamentalna cecha świata kwantowego, nie niedoskonałość przyrządu.
Po co Ci to na maturze:
To akademickie rozszerzenie budowy atomu i kwantowania. Doświadczenie Sterna-Gerlacha (1922) odkryło spin i kwantowanie przestrzenne — dziś fundament qubitów i informatyki kwantowej.
Zapamiętaj: wiązka rozszczepia się na dwa punkty — spin jest skwantowany (). Pomiary w różnych osiach są nieprzemienne.
Najczęstsze pytania
›Czemu tylko dwa punkty?
Bo rzut spinu na oś pomiaru jest skwantowany — może przyjąć tylko dwie wartości (+½ i −½). Klasyczny magnesik mógłby być ustawiony pod dowolnym kątem i dałby ciągłą smugę; kwantowy spin daje dokładnie dwa prążki.
›Co to spin?
Wewnętrzny moment magnetyczny cząstki, „kwantowy odpowiednik” obrotu — choć cząstka fizycznie się nie kręci. Dla elektronu i wielu atomów przyjmuje dwie wartości rzutu. To spin odpowiada m.in. za magnetyzm i jest podstawą qubitów.
›Czemu drugi pomiar „psuje” pierwszy?
Bo pomiary spinu w różnych osiach są nieprzemienne — nie da się jednocześnie znać rzutu na dwie prostopadłe osie. Zmierzenie spinu w nowej osi niszczy informację o poprzedniej, dlatego wiązka „+½” znów się rozszczepia.