Experimento De Stern-gerlach.docx

Experimento de Stern y Gerlach. Laboratorio de física.

Universidad Autónoma de Querétaro. Manuel Vargas Rivera.

Descripción. El clásico experimento de Stern-Gerlach muestra que los átomos tienen una propiedad llamada espín. El espín es un tipo de momento angular intrínseco, el cual no tiene una contraparte clásica. Cuando el componente-z de un espín es medido, uno siempre logra uno de dos valores: espín-up o espín-down

Objetivo. Realizar la simulación del experimento de Stern y Gerlach, en la pagina de simulaciones de phet simulation. Jugar con la simulación de modo que podamos observar los fenómenos que suceden y escribir las observaciones. Describe las observaciones hechas en el experimento de Stern-Gerlach. Describe cómo los espines se comportan en presencia de un campo magnético. Reconoce que el espín es cuantificado. Describe cómo el medir el espín lo largo de una dirección cambia su estado. Argumenta a partir de observaciones experimentales que el espín en la dirección x, y el espín en la dirección z deben ser variables observables incompatibles. Comprender e investigar para tener un mejor conocimiento de la práctica.

Marco teórico. El experimento de Stern y Gerlach, nombrado así en honor de los físicos alemanes Otto Stern y Walther Gerlach, es un famoso experimento realizado por primera vez en 1922 sobre la deflexión de partículas y que ayudó a sentar las bases experimentales de la mecánica cuántica. Puede utilizarse para ilustrar que los electrones y átomos tienen propiedades cuánticas intrínsecas, que las medidas afectan a las propiedades de las partículas medidas y que los cuánticos necesariamente se describen a través de números complejos. Un haz de átomos de Plata atraviesa un campo magnético exterior inhomogéneo o no uniforme, según se ilustra en la figura adjunta; elegimos el eje vertical según la dirección espacial entre los dos polos del imán y el haz se dirige según el eje o dirección de propagación (por tratarse de átomos neutros, un campo magnético homogéneo no produciría desviaciones).

Es decir, el resultado del experimento que encontraron Stern y Gerlach indicaba que sólo había dos ángulos de deflexión,o sea, que todas las partículas fueron desviadas o bien hacia arriba o bien hacia abajo, pero ambos grupos con la misma intensidad, dibujando por la simetría del problema una figura en forma de labios, sin que ningún átomo impactara en la zona central. El experimento sugería que los átomos de Plata sólo poseían dos orientaciones particulares de su momento magnético y, por tanto, de su momento angular, un resultado inexplicable no sólo para la física clásica (que predecía una sola y amplia mancha continua), sino también para los modelos de cuantización primitivos.

Metodología. Utilizaremos la simulación que encontramos en la pagina de simulaciones Phet. (https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/stern-gerlach). En este simulador observaremos lo que tiene el simulador para poder modificar, es decir, identificaremos los elementos que podemos mover. Con ello iniciaremos moviendo de uno en uno y agregando elementos para poder observar que es lo que pasa con cada uno de los elementos y que es lo que pasa en la simulación, para tener resultados.

Resultados.

El experimento de Stern-Gerlach consistía en enviar un haz de átomos de plata a través de un campo magnético inhomogéneo. El campo magnético crecía en intensidad en la dirección perpendicular a la que se envía el haz. El espín de los diferentes átomos fuerza a las partículas de espín positivo +1/2 a ser desviadas hacia arriba y a las partículas de espín opuesto -1/2 a ser desviadas en el sentido contrario, y por lo tanto puede medir el momento magnético de las partículas.

En nuestra simulación primero encontramos que los spins sale en dirección al campo magnético en el cual habiendo solo un campo magnético y teniendo este, dos salidas , los spins deciden tomar un camino pero en esto, siempre terminara siendo la mitad por arriba y la mitad por abajo, es decir cada vez que salen del campo magnético toman un camino pero el camino siempre va a tener la misma cantidad de spins por un sentido que por el otro. AL a considerar, es que, dependiendo de la orientación que se le dé al spin, estos pasaran o no por el campo magnético teniendo el cuenta también la orientación de este, es decir, si el campo magnético esa vertical y los spins salen de modo horizontal entonces los spines no pasaran completamente por el un sentido del campo, sin embargo, si colocamos ambos en el mismo sentido tendremos que los spins entraran por solo la dirección donde se le indique de acuerdo a los imanes.

Al agregar un segundo imán a la simulación pasa exactamente lo mismo, dependiente todo de la orientación de los imanes tendremos ciertos resultados, por ejemplo con orientaciones diferentes podemos obtener un 50% y 50% dependiendo del modo de acodamiento, ya que en algunos acomodamientos por ejemplo, ambos horizontales con el mismo polo hacia un lado podemos obtener de inicio un cincuenta-cincuenta y en el otro un cien por ciento. Como se menciono todo

depende de como es que se acomoden los campos eléctricos ya con la explicación dada, y la orientación del spin por supuesto.

Realizando lo mismo, pero con tres imanes, observamos resultados diferentes, ya que en este caso, de inicio teniendo los campos eléctricos verticalmente con aleatoriedad en los pins tenemos un resultado que en el primer imán los spins pasaran cincuenta-cincuenta y en los otros dos, tendremos resultados del cien por ciento. Para que en este caso tengamos un resultado de cincuenta-cincuenta en todos los imanes tenemos que tener una inclinación aleatoria ente horizontal y vertical, y en algunos casos podemos tener un porcentaje equivalente en el primero, en el segundo uno total y en el tercero uno equivalente de igual manera que el primero.

Conclusión Bibliografía

o

F. Bretislav y D. Herschbach, "Stern and Gerlach: How a Bad Cigar Helped Reorient Atomic Physics", Artículo de Physics Today, diciembre 2003

o Sakurai, J.-J. (1985). Modern quantum mechanics. Addison-Wesley. o o o

https://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Stern_y_Gerlach http://www.fisicacuantica.es/experimento_stern-gerlach/ https://phet.colorado.edu/sims/stern-gerlach/stern-gerlach_es.html