Relación entre el momento dipolar magnético y el momento angular de espín

Estoy leyendo Introducción a la mecánica cuántica, primera edición, de David J. Griffiths, y tengo un par de preguntas sobre esta sección en la página 160.

Una partícula cargada que gira constituye un dipolo magnético. Su momento dipolar magnético m es proporcional a su momento angular de espín S :

m = γ S
la constante de proporcionalidad γ se llama relación giromagnética .

Tomando el momento dipolar magnético como un vector en R 3 , ¿a qué se refiere S ? Todavía no he visto ningún vector en R 3 definido como el momento angular de espín en el texto, solo espinores que dan el estado general de, por ejemplo, una partícula de espín-1/2 como

x = ( a b ) = a x + + b x
utilizando los autoestados spin up y spin down como vectores base.

La sección continúa:

Cuando un dipolo magnético se coloca en un campo magnético B , experimenta un torque, m × B , que tiende a alinearlo paralelo al campo (como la aguja de una brújula). La energía asociada con el torque es

H = m B
entonces el hamiltoniano de una partícula cargada girando, en reposo en un campo magnético B , se convierte
H = γ B S
dónde S es la matriz de espín apropiada.

¿Cuál es el significado matemático de este producto escalar? B S de un vector en R 3 con una matriz de 2x2 (en el caso de espín 1/2)?

Respuestas (1)

S es el operador de espín. Es un operador vectorial que actúa sobre los espinores. Tendrá tres componentes. ( S X , S y , S z ) y por ejemplo si tomas el z eje como su eje de medición de espín, define el espín hacia arriba y hacia abajo como los dos estados propios de S z .

Se puede demostrar que en forma matricial S i es proporcional a la matriz de Pauli σ i .

Finalmente, S B = S X B X + S y B y + S z B z . Nótese que en forma matricial cada componente de S es un 2 × 2 matriz, entonces S B es un 2 × 2 matriz también.

Estaba completando una respuesta básicamente idéntica.