La confusión de Einstein sobre Stern-Gerlach

En una descripción histórica del experimento de Stern-Gerlach, [Friedrich 2003] dice:

Einstein y Paul Ehrenfest, entre otros, se esforzaron por comprender cómo los imanes atómicos podían adoptar orientaciones definidas y predeterminadas en el campo. Debido a que la energía de interacción de los átomos con el campo difiere con su orientación, seguía siendo un misterio cómo podía ocurrir la división cuando los átomos ingresaban al campo con orientaciones aleatorias y su densidad en el haz era tan baja que no ocurrían colisiones para intercambiar energía.

Dan esta cita de Einstein (de una carta de marzo de 1922 a Born):

El logro más interesante en este punto es el experimento de Stern y Gerlach. La alineación de los átomos sin colisiones a través de [intercambio] radiativo no es comprensible en base a los métodos [teóricos] actuales; los átomos deberían tardar más de 100 años en alinearse. He hecho un pequeño cálculo sobre esto con [Paul] Ehrenfest. [Heinrich] Rubens considera que el resultado experimental es absolutamente seguro.

Postal de Gerlach a Bohr

¿Alguien puede explicar esto? Clásicamente, si enviamos un haz de dipolos orientados al azar a través de un espectrómetro Stern-Gerlach, esperamos un patrón elipsoidal que no se divide en componentes bien definidos. De acuerdo con la mecánica cuántica moderna, esperamos lo que obtenemos en la famosa postal que Gerlach envió a Bohr, arriba.

Aparentemente, Einstein estaba trabajando en un universo teórico que era muy primitivo y contenía solo un subconjunto de la mecánica cuántica moderna. Sin embargo, este subconjunto debe haber contenido "cuantización espacial", es decir, la cuantización del momento angular en unidades de hbar a lo largo de un eje particular. Supongo que esto es a lo que la gente se refiere como teoría cuántica temprana. En ese momento, se desconocía el espín del electrón y el resultado de Stern-Gerlach se interpretó como una prueba triunfal de que el momento angular orbital del electrón impar en el átomo de plata tenía los dos valores ± ℏ . (El cero estaba prohibido.)

¿Cuál era la teoría intermedia según la cual la división del haz en dos componentes discretos se interpretaba como prueba de cuantización, pero seguía apareciendo la preocupación de Einstein por las escalas de tiempo? ¿Cuál habría sido el razonamiento que habría llevado a esta preocupación por las escalas de tiempo?

Friedrich y Herschbach, "Stern y Gerlach: cómo un cigarro malo ayudó a reorientar la física atómica", Physics Today, diciembre de 2003, p. 56

Respuestas (1)

Encontré una explicación de esto en un artículo que señaló Nick R, Schmidt-Boecking et al., "The Stern-Gerlach Experiment Revisited", https://arxiv.org/pdf/1609.09311.pdf .

Einstein y Ehrenfest aparentemente razonaron de la siguiente manera. Antes de que un átomo de plata particular entre en el campo magnético, su momento magnético m está orientada aleatoriamente. Una vez que entra en el campo magnético, tiene una energía m ⋅ B . A menos que exista un mecanismo para la transferencia de energía dentro o fuera del átomo, esta energía no puede cambiar y, por lo tanto, el momento magnético solo puede preceder alrededor del B vector, pero no puede cambiar su orientación con respecto a él. Un mecanismo para la pérdida de energía es la radiación de Larmor, pero es muy débil y tardaría 100 años en tener un efecto suficiente para producir la alineación, muchos órdenes de magnitud demasiado largos para los tiempos de vuelo de los átomos en el aparato real.

Entonces, lo que faltaba conceptualmente era la idea de que un solo átomo, antes de ingresar al campo, podría estar en una superposición de dos estados diferentes con el momento magnético orientado paralelo o antiparalelo al campo.

Cuando el electrón está siempre en superposición de estados que son paralelos o antiparalelos al campo, ¿por qué ambos son ortogonales entre sí? ¿Micró las explicaciones de Clásica y Qunatum? @Ben Crowell
La confusión de Einstein sobre Stern-Gerlach
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v