¿Cómo afecta un campo magnético al espín electrónico?

Según tengo entendido, en el experimento de Einstein-de Haas aplicamos un campo magnético a un material ferromagnético y el espín de sus electrones se alinea con el campo magnético, produciendo un dipolo magnético.

Pero en el experimento de Stern-Gerlach, el giro no se ve afectado por el campo magnético, de lo contrario, el haz de átomos no se dividiría en dos. Si los electrones en el experimento E-dH se comportaran de la misma manera, no habría un dipolo macroscópico.

Probablemente estoy malinterpretando cómo funciona uno de estos experimentos, pero en caso de que no sea así: ¿por qué el giro actúa de manera diferente en estos dos experimentos?

"Pero en el experimento de Stern-Gerlach, el giro no se ve afectado por el campo magnético...": Técnicamente no es cierto. El aparato SG "mide" el giro del electrón, y una medición en un sistema cuántico afecta su dinámica. Lo que obtiene en la salida de la medición es el resultado de su medición.

Respuestas (3)

En ambos casos, el campo magnético no cambia el espín del electrón. La diferencia está en el hecho de que los electrones en el experimento de Einstein-de Haas son parte de una red y los del experimento de Stern-Gerlach no lo son.

En el experimento de Stern-Gerlach, los electrones en el haz están efectivamente aislados, lo que significa que cualquier estado de espín que tenían cuando fueron colocados en el haz permanece así. El gradiente del campo magnético no cambia la dirección del giro, simplemente ejerce fuerza en cualquier dirección que dicte el giro.

En el experimento de Einstein-de Haas, los electrones forman parte de una red con toneladas de otros electrones a una temperatura distinta de cero. Por lo tanto, debido a las interacciones de la red, el espín de cada electrón fluctúa constantemente, independientemente de la presencia de un campo magnético. En ausencia de un campo magnético, existe la misma probabilidad de detectar el electrón en cualquier configuración de espín. Un campo magnético aplicado hace que algunas configuraciones de espín (a saber, aquellas paralelas a la dirección del campo) sean de menor energía que otras, por lo que cambia la distribución de probabilidad hacia la dirección paralela al campo*. Cuanto más fuerte es el campo aplicado, más se pondera la distribución en esa dirección. Entonces, el campo magnético realmente no cambia la dirección del giro,

*En algunos casos (ver antiferromagnetismo), las interacciones entre electrones adyacentes pueden ser más importantes que un campo externo, y conducen a potenciales efectivos inusuales que generan arreglos de espín extraños. Sin embargo, normalmente las cosas suceden como se indica arriba.

Un espín genera un momento magnético. m que puede ser trasladado y rotado por un campo magnético B (puedes pensar en ello clásicamente), con:

F = ∇ ( m ⋅ B )
y
T = m × B

dónde F es la fuerza y T el par que actúa en el momento.

En el experimento de Stern-Gerlach, el haz se divide en tantos subhaces como proyecciones posibles del espín (2, si s = 1/2), a menos que una medición previa establezca todas las proyecciones en el mismo valor.

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Sí, entiendo eso, mi pregunta es por qué el experimento de Stern-Gerlach solo mide la proyección del espín, mientras que el experimento de Einstein-de Haas obliga a que todos los espines tengan la misma proyección. Si midió los espines, como el primero, la mitad de los electrones habrían girado hacia arriba y la otra mitad hacia abajo, provocando un momento dipolar magnético total de cero. Pero eso no es lo que sucede.

Supongo que esto se debe a que en el caso ferromagnético los electrones no tienen libertad de movimiento. Forman parte de la rejilla metálica y en estado ligado al núcleo. Por lo tanto, su única posibilidad de reacción es dar la vuelta al giro (y permanecer atado).

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