А никак. Измерять надо было не энергию, а нечто, называющее точно состояние (скажем, взяв расщепление в электрическом и магнитном поле).
Проблема в том, что при измерении функция

у вас спроецировалась на подпространство, натянутое на базисные функции третьего уровня (

). Но как именно спроецировалась - неизвестно. Может быть, при конкретизации способа измерения, это может стать известно. А может быть, это всё равно останется неизвестным.
И кстати, состояний

не существует. Символ

соответствует трём состояниям (причём могут быть выбраны разные базисы, в спектроскопии и теорфизике обычно выбирают

по значению

а в химии -

по ориентации орбитали), и все остальные

-уровни тоже, а символ

- уже целым пяти состояниям (

- семи, и так далее). Это всё не считая спина.