¿El giro de una partícula es real y cómo se combina con la onda?

El giro es real y es una forma de momento angular “incorporado”, a pesar de que las partículas elementales se consideran puntuales. Si tuviera un haz de partículas con una sola orientación de giro, y si apuntara ese haz a un objeto, ese objeto comenzaría a girar ya que el giro (momento angular) de las partículas individuales se transferiría a él. Como un ejemplo más cotidiano, considere imanes cuyo magnetismo proviene principalmente de espines de electrones mutuamente alineados (magnéticos): giran “virtualmente” y, dado que tienen carga eléctrica, también generan un campo magnético alineado apropiado.

Con respecto a las ondas: una onda típica (que es probabilística en su esencia en mecánica cuántica, por cierto) oscila y, a una frecuencia particular, vuelve a su estado anterior después de una longitud de onda (como si produjera una [matemática] \ pm 360 ^ \ circ [ / matemáticas] turno). Este tipo de comportamiento es típico para las partículas de espín [matemática] \ pm 1 [/ matemática] (generalmente un espín entero está asociado con los bosones, determinando en gran medida su forma de comportamiento). Por otro lado, hay partículas con giros de medio entero (generalmente llamados fermiones); por ejemplo, un electrón tiene un giro [matemático] \ pm 1/2 [/ matemático] y su onda asociada se repite después de 2 longitudes de onda (equivalentes a dos [matemáticas] 360 ^ \ circ [/ matemáticas] giros, es decir, [matemáticas] 720 ^ \ circ [/ matemáticas]). Esa onda en realidad consiste en dos ondas diferentes (son mutuamente ortogonales en sentido matemático): una para el estado +1/2 (generalmente llamado “arriba”) y otra para el estado -1/2 (“abajo”). Se comportan de manera algo diferente en presencia de campos magnéticos (revise el primer párrafo ahora). Para obtener más información sobre cómo estos estados de giro “saben” si realizaron uno o dos “giros”, eche un vistazo a un breve intento de proporcionar una descripción ligeramente intuitiva del comportamiento del giro. Simplemente hablando, el espacio para estas partículas cuánticas no es tan euclidiano después de todo.

Tenga en cuenta también que las partículas realmente no giran: es más como eso lo que consideramos como espacio-tiempo (es un modelo matemático, después de todo) prácticamente gira alrededor de ellas. Realmente no sabemos mucho al respecto, y toda esta rareza cuántica se origina en nuestra ignorancia general del espacio-tiempo, que no es tan simple como normalmente se concibe.

El giro es real, pero no es bueno pensar que la partícula realmente gira. Si consideramos que la partícula tiene algún tipo de volumen con cargas distribuidas, cuando gira, producirá un campo magnético, por lo que se comportará como un pequeño imán en forma de I. Experimentalmente, las personas ven este tipo de efecto, pero el comportamiento real tiene muchas diferencias en comparación con un imán en forma de I realmente pequeño. Los experimentos de Stern-Gerlach encontraron por primera vez este fenómeno.

En cuanto a la onda, si se pregunta por qué la partícula se comporta como onda, en general, eso no tiene nada que ver con el giro. El comportamiento ondulatorio de las partículas es la naturaleza de nuestro mundo y la evolución de las olas se rige por la ecuación de Schrodinger de manera determinante antes de que se realicen las mediciones. La solución a la ecuación es una función de onda que indica la probabilidad de encontrar la partícula si la medimos. Pero el problema es que si no medimos, la mecánica cuántica según la visión ortodoxa, la partícula está literalmente en ninguna parte. Cualquier objeto puede ser escrito por la ecuación de Schrodinger, y cuando la masa es enorme, la ecuación de Schrodinger dará una solución en el valor esperado similar a la mecánica newtoniana. Entonces decimos que la naturaleza de las olas es fundamental que la mecánica newtoniana.

El profesor Leonard Susskind en su libro tiene una muy buena explicación y matemática, recomiendo altamente la serie mínima teórica

La visión actual políticamente correcta es que el giro cuántico no implica necesariamente girar. Sin embargo, sí implica momento angular, y es el momento angular que se conserva. Por separado el giro no se conserva. Entonces el giro es equivalente y puede intercambiarse con cosas que giran. Imagínate.

Cada propiedad cuántica, y el giro es uno, puede describirse mediante una función que tiene la apariencia matemática de una función de onda. Schrodinger luego lamentó haber usado la terminología de ondas. Eso significa que el giro se puede describir como una función de onda. No es algo que necesite “combinar” con alguna otra función de onda.

La razón por la cual el giro no se discute como algo que gira físicamente o gira u orbita, probablemente se deba a la ambigüedad que esto genera en cuanto a la velocidad de la luz. La luz (o un fotón) se mueve en línea recta a c = 300,000 km / s. Si algo en el fotón gira, eso se sumaría a esta velocidad. Algo en el fotón viajaría más rápido para mantener la velocidad de avance. Algo en el fotón cambiaría con el tiempo, y se supone que el tiempo se detendrá para un fotón. Vaya, no quiero ir allí.

. . . (solo para valientes o tontos). . .

Lo siento, pero esto es tan malo, tengo que mirar detrás de la cortina. No tenía idea de a dónde iba esto, pero me fui e investigé un poco.

Claramente los fotones tienen fase, oscilan. Algo está mal con la idea de que el tiempo se detiene para ellos. No sé qué, pero parece que imaginarse que algo girando en ellos no está demasiado lejos de eso.

El giro de los fotones es siempre 1, sin importar la frecuencia. Ese “1” es su momento angular intrínseco dividido por la barra h (constante de Planck reducida) para hacerlo adimensional. Antes de eso tenía unidades de radio · masa · velocidad (o radio · momento, o masa · distancia · distancia / tiempo, solo varias formas de agrupar las dimensiones). ¿Cómo es plausible que el giro sea constante independientemente de la frecuencia? ¿El radio de un fotón tiene algún significado?

Descubrí que hay una gran variedad de opiniones sobre el tamaño de un fotón. Muchas fuentes afirman que no tiene sentido. Algunos afirman que es una partícula puntual. Hay dos argumentos convincentes:

1. Los fotones no atravesarán un tubo conductor mucho menos que una longitud de onda de diámetro.
2. Los fotones tienen una sección transversal de dispersión, que es aproximadamente (no exactamente) proporcional a la longitud de onda.

Entonces, aunque vago, concluyo que para propósitos de giro, podría considerar que el radio de un fotón podría ser proporcional a su longitud de onda . Eso significa que es inversamente proporcional a la frecuencia, es decir, radio ∝ 1 / f .

La parte de velocidad de las unidades de momento angular (spin), obviamente queremos ser constantes. No quiero entrar en cómo podría relacionarse con la velocidad de la luz. Pero como la velocidad de la luz es constante, supongo que esta velocidad de rotación también es constante. Solo me parece razonable. Entonces, la velocidad del punto de giro (no la velocidad angular) ∝ constante.

La parte de masa de las unidades de giro es fácil. Debe ser proporcional a la energía del fotón, masa∝ E = hf => masa ∝ f.

Entonces las unidades de radio de giro · masa · velocidad ∝ (1 / f) (f) (constante) ∝ constante .

OK, funciona para que el fotón asuma que algo está realmente girando, siempre que uno ignore el problema realmente difícil de girar mientras se mueve a la velocidad de la luz.

¿Funciona para otras partículas? Los fermiones en el spin 1/2 tendrían que tener radios más pequeños, o estar compuestos de medio fotón. O un fotón podría ser dos Fermiones. Por ejemplo, se cree que un fotón de energía suficiente se transforma continuamente en un par virtual de electrón-positrón, confirmado por experimentos de dispersión. Este par tendría cada uno su propio giro aditivo intrínseco. Dos 1/2 partículas de spin hacen que una partícula de spin 1.

El gravitón debe tener giro 2. Esto es, en términos simples, porque el campo gravitacional siempre es atractivo, no hay dos cargas. Sin embargo, hay una dirección a lo largo del eje entre dos masas atrayentes. La dilatación del tiempo no es direccional, pero los cambios espaciales ocurren solo a lo largo de este eje. Si gira el gravitón 180 grados, es idéntico a sí mismo en la dirección del campo. Entonces, para una frecuencia dada, su velocidad de rotación solo necesita ser la mitad de la velocidad angular de un fotón. Si nuevamente el componente de velocidad es constante, entonces el radio de un gravitón tiene que ser cuatro veces el radio de un fotón de la misma frecuencia para que tenga el doble de momento angular. O podrían ser dos fotones, tal como el fotón es dos Fermiones. Si el gravitón es dos fotones de polaridad opuesta, entonces, de hecho, tendría la propiedad de que cuando se gira 180 grados es idéntico a sí mismo.

Tengo entendido que el número de giro se combina con la paridad para determinar la manejabilidad de una partícula.

Sí, el giro es real pero no necesariamente significa una rotación. Es parte de lo que es la función de onda de una partícula. No, la función de onda no es necesariamente como una onda de superficie. Mucho más complejo.

Sí, el giro es real porque podemos medir que muchas partículas tienen un momento magnético y “girar” el nombre que le hemos dado a este momento magnético.

La única relación con la palabra spinning que se me ocurre es que normalmente un momento magnético es una indicación de una carga giratoria. Sin embargo, el giro de partículas no tiene nada que ver con el giro.

La segunda parte de la pregunta es: ¿cómo se “combina” esto con la ola?

Supongo que la pregunta es: ¿cómo se relaciona el giro de partículas con el comportamiento ondulatorio de las partículas?

Todo lo que puedo decir sobre eso es que me parecería lógico si hay una relación entre los dos. Pero no sé como.

Sí, es tan real como cualquier otra propiedad de partículas.

Es una propiedad cuántica de la partícula, por lo que siempre forma parte del vector de estado de la partícula o “función de onda”.

Spin es real. Se combina con la onda, ya que en las partículas de la mitad del espín, como el electrón, la onda rodea la partícula dos veces. Esto significa que tienes que girar el electrón dos veces para ver la misma cara.