Правильное понимание опыта Штерна-Герлаха

[rotozeev]

Недавно я понял, что не совсем понимаю картину происходящего в опыте Штерна-Герлаха. Говорится, что проекция спина на направление градиента магнитного поля может принимать два значения (вверх / вниз) и поэтому пучек частиц со спином в неоднородном магнитном поле разделяется на два пучка (а не размазывается). Возникают такие вопросы:

- в какой момент электрон "понимает", что у него проекция спина именно такая, что ему нужно отклоняться именно в ту, а не иную сторону?
- если это происходит в самом начале прохождения области неоднородного магнитного поля, то получается, что именно там происходит акт "измерения" спина, но это довольно таки странно, ибо там же только поле, никаких приборов нет.
- если же акт измерения - это и есть попадание пучка на фотопластинку, то выходит, что каждый электрон одновременно находится в каждом из двух пучков до самой фотопластинки. Причем, вероятность пребывания электрона между пучками практически нулевая. Выходит, это чуть ли не майорановский фермион, как его просто представляют в виде краевых состояний?

[Arkhipov]

Мне кажется, формулировка "электрон понимает" неудачна. Исходный электрон находится в достаточно сложной суперпозиции состояний: у него есть некоторый средний импульс, но и он размазан вокруг среднего значения; у него есть примерное начальное расположение (где-то на катоде) - все это начальное состояние, плюс к этому есть амплитуда вероятности иметь спин вверх, есть и вниз. В процессе эволюции этот пакет перемещается в пространстве (волны соответствующие большему импульсу перемещаются быстрее, волны соответствующие меньшему - медленнее). Так мы замечаем, что пакет все больше размазывается вдоль направления движения.
Кроме того, в результате действия поля волны, соответствующие спину вверх приобретают со временем некоторый положительный средний поперечный импульс, а волны, соответствующие спину вниз - отрицательный. В результате мы видим, что один из электронов прибывает в верхнее пятно, а другой - в нижнее. Если вопрос касался того, почему вся картина не размазывается, то основная причина в том, что начальное состояние было все-таки с более или менее определенным импульсом.

[Munin]

rotozeev в сообщении #881745 писал(а):

Возникают такие вопросы:

- в какой момент электрон "понимает", что у него проекция спина именно такая, что ему нужно отклоняться именно в ту, а не иную сторону?

Он всегда это знает. У электрона есть две компоненты: с проекцией $+1/2$ и с проекцией $-1/2.$ Они и ведут себя в магнитном поле по-разному, в данном опыте - расщепляются и разводятся в пространстве на макроскопическое расстояние.

rotozeev в сообщении #881745 писал(а):

- если это происходит в самом начале прохождения области неоднородного магнитного поля, то получается, что именно там происходит акт "измерения" спина, но это довольно таки странно, ибо там же только поле, никаких приборов нет.

Акт измерения, разумеется, происходит там, где разделённые компоненты попадают на детектор (например, экран, покрытый люминофором).

До этого измерения, электронные пучки можно аккуратно свести обратно, и получить исходный неизмеренный электрон. (Экспериментально, тут будут трудности с когеретностью, я не знаю, насколько преодолимые.) Такое действие, как мысленный эксперимент, широко используется для объяснений в "Фейнмановских лекциях по физике", том 8. Очень рекомендую.

rotozeev в сообщении #881745 писал(а):

- если же акт измерения - это и есть попадание пучка на фотопластинку, то выходит, что каждый электрон одновременно находится в каждом из двух пучков до самой фотопластинки. Причем, вероятность пребывания электрона между пучками практически нулевая.

Да.

rotozeev в сообщении #881745 писал(а):

Выходит, это чуть ли не майорановский фермион, как его просто представляют в виде краевых состояний?

По-моему, это тут ни при чём.