Опыт Штерна и Герлаха

Этот опыт также указывает на наличие пространственного квантования. Опыт возник от идеи разделить в пространстве атомы, имеющие различные магнитные моменты.

Магнитный момент атома состоит из

µ = , (5.10)

где m_яд - магнитный момент ядра, - результирующий орбитальный магнитный момент всех электронов атома, а - их результирующий спиновый магнитный момент. При этом магнитный момент ядра очень мал и им можно пренебречь.

Опыт Штерна и Герлаха можно поставить таким образом, что он будет доказывать не только присутствие пространственного квантования, но и показывать наличие спина. Для этого возьмем пучок атомов лития и будем пропускать его через неоднородное магнитное поле. Атомы лития выбраны из тех соображений, что у них = µ _s. Это обусловлено структурой квантовых чисел, характеризующих положение электронов в этих атомах: n = 1, l = m = 0, S_m = ± (L₀ = 0, = 0, µ_s¹ 0) и n = 2, l = 0, m = 0, S_m = ± (L₀ =0, = 0, µ_s¹ 0). Схема опыта показана на рис.5.6.

Неоднородность магнитного поля, через которое пропускается пучок атомов лития, достигалась за счет специальной формы полюсных наконечников электромагнита. Как известно, сила, действующая на атомы, помещенные в неоднородное магнитное поле (аналог - рамка с током, помещенная в неоднородное магнитное поле), определяется выражением:

m,^Ù В), (5.11)

где B - индукция магнитного поля (направление вдоль оси х), неоднородного вдоль этой оси.

При хаотичном распределении магнитных моментов атомов по направлениям в пучке имелись бы частицы, для которых угол между векторами μ и B менялся бы в пределах от 0 до . Поэтому следовало бы ожидать, что узкий атомный пучок после прохождения между полюсами оставит на экране растянутый след. В нашем случае пучок атомов лития расщепляется на 2 пучка. Опыт Штерна и Герлаха показал, что проекция магнитного момента на направление поля квантуется. Поскольку у лития m_Li µ _s ( ¹ 0 и определяется S_m = ±1/2), выполненный эксперимент доказывает существование у электрона спина.

Поиск по сайту: