Опыт Штерна и Герлаха

В 1921 году Штерном и Герлахом были представлены опыты с целью измерения магнитных моментов атомов химических элементов. Идея опытов заключалась в измерении силы, действующей на атом в неоднородном магнитном поле. Опыты обнаружили ошибочность классического предположения о том, что магнитный момент и механический момент импульса атома могут быть произвольно ориентированы относительно направления внешнего поля и подтвердили наличие пространственного квантования.

А – фотопластинка;

Д – щелевые диафрагмы;

S и N – полюса магнита;

Ag – серебро.

В случае произвольно ориентации атома в магнитном поле должно наблюдаться непрерывное распределение атомов на фотопластинке. Однако на фотопластинке получились две резкие полосы – возникли две возможные ориентации магнитного момента во внешнем поле:

,

– магнетон Бора.

Для серебра Штерн и Герлах получили, что проекция магнитного момента атома на направление поля численно равна магнетону Бора. Однако важной особенностью атомов первой группы элементов таблицы Менделеева является то, что электрон находится в s -состоянии, т.е. . Поэтому электрон не имеет проекции импульса. Возникает вопрос: квантование какого момента импульса обнаружилось в этих опытах и проекция какого магнитного момента равна одному магнетону Бора? Для ответа на этот вопрос необходимо предположить, что кроме орбитального момента импульса и соответствующего магнитного момента , имеется собственный механический момент импульса электрона – спин электрона, и соответствующий ему собственный магнитный момент .

Предположение о существовании спина было высказано в 1925 году Гоудсмитом и Уленбеком. Спин электрона и других элементарных частиц следует рассматривать как некоторое особое свойство этих частиц подобно тому, как частицы имеют массу, заряд. Спин квантуется по закону:

, s – спиновое квантовое число.

Проекция спина на ось Z, совпадающую с направлением внешнего магнитного поля, должна быть квантована. Из опыта Штерна и Герлаха следует, что таких ориентаций для электрона всего две:

. .

Для проекции:

.

Дата добавления: 2013-12-13