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[quote="Jerry62"][b]Meine Frage:[/b] Hallo, meine Frage ist eigentlich sehr einfach. Ich komme nur nicht zum Ergebnis. Es geht um das STE. Das neutrale Silberatom fliegt durch das inhomogene Magnetfeld. Die Ablenkungen nach oben und unten liegen am Spin des 5s Elektrons. Ok. Die Frage: Ändert sich der Spin der Atome durch das Magnetfeld? Habe ich hinter dem SGE spin-up oder spin-down? Oder ist das Elektron noch in derselben Superpostion des Spins wie vor dem Magnetfeld? [b]Meine Ideen:[/b] Ich hatte bislang angenommen, dass der Spin durch das Magnetfeld ausgerichtet wird und das das SGE die Wirkung einer echten Messung hat (Kollaps d. Wellenfunktion). Ein Video (https://www.youtube.com/watch?v=g69cW_Xt4EM) lässt mich nun zweifeln. Ist das Magnetfeld wie ein Doppelspalt zu sehen, durch den die Superposition erst einmal bleibt und erst beim Auftreffen auf den Schirm eine Entscheidung fällt?[/quote]
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TechnikFan
Verfasst am: 31. Dez 2025 11:07
Titel:
Danke für den Hinweis auf den Artikel.
TomS
Verfasst am: 29. Dez 2025 23:21
Titel:
TechnikFan hat Folgendes geschrieben:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Ich denke ja.
Man kann ja mit einem zweiten Magneten mit umgekehrtem Gradient die zwei Pfade wieder vereinen und die Spin‑Superposition wiederherstellen.
Wurde dies in einem Experiment bestätigt?
Ich denke, das hier geht in diese Richtung:
https://arxiv.org/abs/2011.10928
Realization of a complete Stern-Gerlach interferometer: Towards a test of quantum gravity
The Stern-Gerlach effect, discovered a century ago, has become a paradigm of quantum mechanics. Surprisingly there has been little evidence that the original scheme with freely propagating atoms exposed to gradients from macroscopic magnets is a fully coherent quantum process. Specifically, no full-loop Stern-Gerlach interferometer has been realized with the scheme as envisioned decades ago. Furthermore, several theoretical studies have explained why such an interferometer is a formidable challenge. Here we provide a detailed account of the first full-loop Stern-Gerlach interferometer realization, based on highly accurate magnetic fields, originating from an atom chip, that ensure coherent operation within strict constraints described by previous theoretical analyses. Achieving this high level of control over magnetic gradients is expected to facilitate technological as well as fundamental applications, such as probing the interface of quantum mechanics and gravity. While the experimental realization described here is for a single atom, future challenges would benefit from utilizing macroscopic objects doped with a single spin. Specifically, we show that such an experiment is in principle feasible, opening the door to a new era of fundamental probes.
TechnikFan
Verfasst am: 29. Dez 2025 15:36
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Ich denke ja.
Man kann ja mit einem zweiten Magneten mit umgekehrtem Gradient die zwei Pfade wieder vereinen und die Spin‑Superposition wiederherstellen.
Wurde dies in einem Experiment bestätigt?
Ich suche immer noch nach einer experimentellen Bestätigung für das Verhalten der Quantenobjekte bzgl. des Spins in dem (Gedanken-)Experiment in
https://www.physikerboard.de/ptopic,405867.html#405867
Aruna
Verfasst am: 25. Dez 2025 14:15
Titel: Re: Danke schön !
Jerry622 hat Folgendes geschrieben:
Eine Sache finde ich immer noch seltsam. Wenn man einen Stoff magnetisieren will, macht man sich dann nicht genau den Effekt zunutze, ein singuläres Elektron auf einer äußeren Schale mit einem inhomogenen Magnetfeld "dauerhaft" / "temporär" auszurichten?
m.E. nein, durch das äußere Feld wird nur eine bestimmte Spinrichtung energetisch günstiger und stellt sich in einem dynamischen Ensemble statistisch bevorzugt ein.
(bei einem Ferromagneten kommt dann noch die Austausch-WW zwischen benachbarten Atomen dazu, die eine Paralellstellung auch ohne äußeres Feld energetisch bevorzugt)
TomS
Verfasst am: 25. Dez 2025 12:08
Titel: Re: Danke schön !
Jerry622 hat Folgendes geschrieben:
Eine Sache finde ich immer noch seltsam. Wenn man einen Stoff magnetisieren will, macht man sich dann nicht genau den Effekt zunutze, ein singuläres Elektron auf einer äußeren Schale mit einem inhomogenen Magnetfeld "dauerhaft" / "temporär" auszurichten?
So in etwa. Dabei "sitzen" diese Elektronen gewissermaßen an einzelnen Atomen im Gitter und sind dort "lokalisiert". Insofern führt eine derartige Vorstellung in diesem Spezialfall nicht vollständig in die Irre; ich schreibe das dennoch mit Anführungszeichen.
Ohne bei Feynman nachgesehen zu haben: er spricht wohl von einem statistischen Ensemble vieler Elektronen mit unterschiedlicher Spinrichtung und daraus resultierenden "Strahlen". Wenn man nun diese an unterschiedlichen Orten misst, findet man tatsächlich unterschiedliche Strahlen.
Es ist aber konzeptionell sinnvoller, von einzelnen Quantenobjekten statt von einem Ensemble zu sprechen, weil sich die quantenmechanische Zufälligkeit für ein einzelnes Objekt fundamental von der Zufälligkeit in einem Ensemble unterscheidet. Im Falle eines Ensembles von Spins haben wir es mit diesen beiden Zufälligkeiten zu tun, die man aber konzeptionell trennen muss.
Die Mathematik ist anders, und die Effekte sind anders. Insbs. ist die Annahme, ein Objekt sei immer und insbs. vor einer Messung an einem bestimmten Punkt oder zumindest innerhalb eines kleinen Raumbereiches lokalisiert, falsch, auch wenn es richtig ist, dass es im Zuge einer Messung immer in einem kleinen Bereich detektiert wird.
D.h. für ein klassisches Objekt liegt keine prinzipielle Unsicherheit vor, lediglich die praktische Tatsache, dass der Zustand uns möglicherweise unbekannt ist; wäre er bekannt, so gäbe keine Unsicherheit und keinen Zufall. Für ein Quantenobjekt liegt auch denn eine Unsicherheit von gewissen Messergebnissen vor, wenn der Quantenzustand exakt bekannt ist.
Betrachtet man das anhand von Ensembles, so vermischt man beides.
Betrachtet man dagegen ein einzelnes Quantenobjekt mit mathematisch präzise definiertem und experimentell präzise präparierten Zustand, so wird der Unterschied klar; es bleibt eine intrinsische Unsicherheit bzw. Zufälligkeit. Der in der Quantenmechanik verwendete mathematische Formalismus trägt dem Rechnung; verwendet man den aus der klassischen Physik vertrauten Mechanismus (für immer lokalisierte Objekte), so folgen Ergebnisse, die sich im Experiment als falsch herausstellen. Also müssen wir uns vertraute Vorstellungen und Veranschaulichungen über Bord werfen.
Jerry622
Verfasst am: 25. Dez 2025 09:18
Titel: Danke schön !
Guten Morgen (und frohe Weihnachten),
zuerst einmal vielen Dank an jeden, der mir hier hilft.
Eine Sache finde ich immer noch seltsam. Wenn man einen Stoff magnetisieren will, macht man sich dann nicht genau den Effekt zunutze, ein singuläres Elektron auf einer äußeren Schale mit einem inhomogenen Magnetfeld "dauerhaft" / "temporär" auszurichten?
In Feynmans "lectures on physics vol 3" beschreibt er den Versuch auch. Er sagt:
"You can see then that the first apparatus has produced a beam of
“purified” objects—atoms that get bent upward in the particular
inhomogeneous field. The atoms, as they enter the original Stern-Gerlach
apparatus, are of three “varieties,” and the three kinds take different
trajectories. By filtering out all but one of the varieties, we can make a
beam whose future behavior in the same kind of apparatus is determined
and predictable. We will call this a filtered beam, or a polarized beam, or a
beam in which the atoms all are known to be in a definite state."
Er spricht von einem definierten Zustand und polarisierten Strahl hinter dem Feld. Und "ja" sein Aufbau bringt wieder beide "Teilstrahlen" wieder zusammen. Allerdings ohne einen Hinweis darauf, ob dieser "neu gemischte" Strahl sich von dem Anfangsstrahl unterscheidet.
Wie gesagt: ich verstehe zumindest, dass das Thema (erwartet) schwierig ist - vielleicht kann noch jemand diese Magnetisierungsfrage von mir einordnen. Das wäre toll. In jedem Fall aber schon mal ein herzliches Dankeschön!
TomS
Verfasst am: 24. Dez 2025 17:35
Titel: Re: Stern-Gerlach - was macht das Magnetfeld?
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Ich glaube nicht, dass man einem Elektron eine scharf definierte Richtung des Spins zuschreiben kann.
Wir können aber Quantensysteme so präparieren, dass bei einer Messung zu 100% d.h. mit Sicherheit ein einziger Wert für die Eigenschaft, die wir "Spin" nennen, gemessen wird. Die mathematische Repräsentation ist dergestalt, dass ein Eigenzustand und demnach eine Streuung von Null für die entsprechende mathematische Größe vorliegt, was man seit Heisenberg als "scharf" bezeichnet.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Hinter dem Apparat
ist
es entweder nach oben abgelenkt und
hat
einen nach unten gerichteten Drehimpuls, oder umgekehrt.
Und wir können Experimente durchführen, die nachweisen, dass
dies
sicher falsch bzw. hochgradig irreführend ist.
Wenn wir ein Silberatom (Photon etc.) detektieren, erscheint immer ein einziges, eng lokalisiertes Detektorereignis. Wenden wir jedoch den mathematischen Formalismus so an, dass dies einem einigermaßen scharf definierten, zufälligen und uns unbekannten Ort nach der Stern-Gerlach-Apparatur (Weg nach dem Strahlteiler etc.) entspräche, so erweist sich dies als falsch. Wir können statt der Detektion oben oder unten Interferenzexperimente durchführen, deren Ergebnisse zu der Annahme "einigermaßen scharf definierter, zufälligen und uns unbekannter Ort" (oder Spin etc.) im Widerspruch stehen.
Das "ist" bzw. "hat" kann also sicher nicht die Bedeutung haben, die wir in der uns vertrauten klassischen Welt erwarten.
Wir wissen in diesem Zusammenhang also, dass bestimmte uns vertraute Annahmen zu falschen Vorhersagen führen. Wir kennen mit der Quantenmechanik einen Formalismus, der zu (im Sinne von experimenteller Überprüfung) zutreffenden Vorhersagen führt. Wir verstehen im Rahmen dieses Formalismus jedoch nicht, wie genau der tatsächlich ablaufende Vorgang aussieht, der aus dem o.g. (über makroskopische Entfernungen) delokalisierten mathematischen Zustand zu der eindeutigen und eng lokalisierten Detektion führt.
377 Ohm
Verfasst am: 24. Dez 2025 13:26
Titel: Re: Stern-Gerlach - was macht das Magnetfeld?
Jerry62 hat Folgendes geschrieben:
Ändert sich der Spin der Atome durch das Magnetfeld?
Der Betrag des Spins bleibt gleich, aber die Richtung ändert sich (von Spezialfällen abgesehen) ständig.
Zitat:
Ich hatte bislang angenommen, dass der Spin durch das Magnetfeld ausgerichtet wird
Wegen der untrennbaren Verknüpfung des magnetischen Moments mit dem Drehimpuls kann sich der Spin nicht einfach "ausrichten", weder klassisch noch quantenmechanisch. Klassisch muss er in einem homogenen Magnetfeld präzedieren. Dabei bleibt der Winkel
zwischen dem magnetischen Dipol und dem Feld konstant, d.h. nur die Drehimpulskomponente entlang des Magnetfeldes hat einen festen Wert. Beim Umklappen eines Spins ändert sich die Energie des Dipols im Feld,
, die von einer Mikrowelle aufgenommen oder davongetragen werden kann. (Was bekanntlich bei der Kernspinresonanz oder Atomuhren ausgenutzt wird.)
In einem homogenen Magnetfeld fliegt das Silberatom, weil es neutral ist, einfach geradeaus. Wenn aber das Feld inhomogen und an der betrachteten Stelle in z-Richtung ausgerichtetet ist, ist die Kraft auf das Atom
. Das Verblüffende am Stern-Gerlach-Experiment war, dass die Kraft offenbar nur zwei verschiedene Werte annehmen kann, obwohl die Orientierung der Silberatome aus dem Ofen zufällig sein muss und
jeden Wert zwischen -1 und +1 annehmen könnte. (Man sprach von "Richtungsquantelung".)
Zitat:
Habe ich hinter dem SGE spin-up oder spin-down?
Es ist wohl ein Euphemismus, von der "Messung" eines Spins durch einen Stern-Gerlach-Apparat zu reden. Ob ein Silberatom nach oben oder unten abgelenkt wird, hängt vom Zufall ab, und von der Orientierung des Magneten ebenso sehr wie von der "Orientierung" des Silberatoms. Ich glaube nicht, dass man einem Elektron eine scharf definierte Richtung des Spins zuschreiben kann. Und ich glaube auch nicht, dass ein Silberatom gleichzeitig an zwei verschiedenen (millimeterweit entfernten) Orten sein kann. Hinter dem Apparat ist es entweder nach oben abgelenkt und hat einen nach unten gerichteten Drehimpuls, oder umgekehrt.
TomS
Verfasst am: 23. Dez 2025 14:56
Titel:
Das Wellenpaket psi mit räumlichem Anteil phi und geeigneter Spin-Superposition chi
wird durch das Magnetfeld in zwei Komponenten "zerlegt"
wobei nun zwei räumlich getrennte, nur schwach überlappende Anteile vorliegen.
1. Misst man diesen Zustand, so erhält man eine Detektion – nicht zwei – muss also einen "Kollaps" einführen.
2. Misst man diesen Zustand nicht, so kann man die räumlich getrennten Anteile prinzipiell wieder zusammenbringen.
Das ist eine extrem vereinfachte Darstellung, an der durchaus Zweifel angebracht sind. Den "Kollaps" darf man sich dabei nicht als realen Prozess vorstellen; über das, was
wirklich
passiert, herrscht keine Einigkeit.
willyengland
Verfasst am: 23. Dez 2025 13:26
Titel:
Ich denke ja.
Man kann ja mit einem zweiten Magneten mit umgekehrtem Gradient die zwei Pfade wieder vereinen und die Spin‑Superposition wiederherstellen.
Jerry62
Verfasst am: 23. Dez 2025 10:54
Titel: Stern-Gerlach - was macht das Magnetfeld?
Meine Frage:
Hallo, meine Frage ist eigentlich sehr einfach. Ich komme nur nicht zum Ergebnis.
Es geht um das STE. Das neutrale Silberatom fliegt durch das inhomogene Magnetfeld. Die Ablenkungen nach oben und unten liegen am Spin des 5s Elektrons. Ok.
Die Frage: Ändert sich der Spin der Atome durch das Magnetfeld? Habe ich hinter dem SGE spin-up oder spin-down? Oder ist das Elektron noch in derselben Superpostion des Spins wie vor dem Magnetfeld?
Meine Ideen:
Ich hatte bislang angenommen, dass der Spin durch das Magnetfeld ausgerichtet wird und das das SGE die Wirkung einer echten Messung hat (Kollaps d. Wellenfunktion). Ein Video (https://www.youtube.com/watch?v=g69cW_Xt4EM) lässt mich nun zweifeln. Ist das Magnetfeld wie ein Doppelspalt zu sehen, durch den die Superposition erst einmal bleibt und erst beim Auftreffen auf den Schirm eine Entscheidung fällt?