Sumário
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Salvando leitura…
Um giro de 2π mudava o sinal do spinor; 4π o restaurava

A volta que precisava acontecer duas vezes

Spin e o feixe que escolheu apenas duas direções

Lia girou o estado em torno do eixo z. A evolução era representada por exp(−iθσz/2). Depois de uma volta completa, θ=2π, o operador valia −I. O vetor físico na esfera retornava ao mesmo ponto, mas o spinor havia adquirido um sinal negativo.

Para um estado isolado, multiplicar toda a função por −1 é apenas uma fase global e não muda probabilidades. Nenhum detector que receba somente esse estado distingue |ψ⟩ de −|ψ⟩. Por isso dizer que ‘o elétron só volta depois de 720 graus’ sem qualificação transforma uma sutileza em truque.

A diferença torna-se observável quando apenas um ramo de uma superposição sofre a rotação. Ao recombinar o ramo girado com um ramo de referência, o sinal relativo desloca a interferência. A fase global de um caminho vira fase relativa entre dois caminhos.

Em 1975, Helmut Rauch e colaboradores e, independentemente, Samuel Werner e colegas usaram interferometria de nêutrons para demonstrar a simetria de 4π dos spinors. Campos magnéticos controlavam a precessão em um braço, e as contagens oscilavam ao recombinar as amplitudes.

Depois de 4π, o operador retornava a +I. A necessidade de duas voltas pertence à representação de rotações para spin seminteiro. Não significa que uma pequena esfera tenha dado fisicamente duas cambalhotas escondidas; significa que os estados transformam-se segundo a estrutura SU(2), que recobre duas vezes as rotações ordinárias SO(3).

Tomás traçou uma fita imaginária presa ao aparelho. O truque visual da fita que precisa de duas voltas para desenrolar sugeria a topologia, mas tinha limite: fita é objeto clássico no espaço, enquanto o sinal do spinor aparece em amplitudes complexas e só é lido por interferência relativa.

Lia completou a segunda volta. A bússola quebrada não tinha apenas dois resultados; possuía uma geometria de rotações que o espaço clássico de setas não capturava sozinho. O sinal invisível tornara-se mensurável quando ganhou um caminho com o qual interferir.

Fontes desta página

  1. Wolfgang Pauli (1927). Zur Quantenmechanik des magnetischen Elektrons.Zeitschrift für Physik, 43, 601–623. Formula a mecânica do elétron magnético com duas amplitudes e projeções intrínsecas +ħ/2 e −ħ/2 numa direção escolhida.
  2. Samuel A. Werner, Robert Colella, Arthur W. Overhauser e Charles F. Eagen (1975). Observation of the Phase Shift of a Neutron Due to Precession in a Magnetic Field.Physical Review Letters, 35, 1053–1055. Demonstra por interferometria de nêutrons a mudança de fase associada à rotação de spin e sua periodicidade de 4π.
  3. Helmut Rauch, Anton Zeilinger, Gerald Badurek, A. Wilfing, Wolfgang Bauspiess e Ulrich Bonse (1975). Verification of Coherent Spinor Rotation of Fermions.Physics Letters A, 54, 425–427. Verifica rotação coerente de spinors e a simetria 4π em interferometria de nêutrons.