自旋球：一种自旋为1/2的宏观物体
物理教育
2023-06-06 v2 量子物理
摘要
从历史上看，半自旋粒子的观测曾是量子力学最令人惊讶的特征之一。它们常被描述为“转一圈不能回到初始状态、转两圈才能回到初始状态的物体”。已有一些利用约束（如夹紧皮带或丝带）的宏观实现试图展示类似行为（即“狄拉克皮带戏法”）。然而，展示具有半自旋行为的无约束宏观物体仍属空白。本文中，我们旨在填补这一空白并引入自旋球。它由一个内部带LED照明的半透明塑料球构成，表现为可自由运动的宏观半自旋物体。它提供了一种新工具，用于引入并可视化半整数自旋以及从SU(2)到SO(3)的覆盖群同态，并尤其清晰地展示了SO(3)的不同同伦类。我们讨论了其开发与功能，以及如何使用该自旋球来模拟量子测量与波函数坍缩。整个系统为开源硬件，构建细节、模型、3D打印文件等均在开源许可下提供。
引用
@article{arxiv.2303.15215,
title = {The spinorial ball: a macroscopic object of spin-1/2},
author = {Samuel Bernard-Bernardet and David Dumas and Benjamin Apffel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.15215},
year = {2023}
}
备注
Version 2: change of the introduction, minor typo/reprhasing in other sections