Doświadczenie Sterna-Gerlacha
Doświadczenie Sterna-Gerlacha – eksperyment przeprowadzony w początku
XX wieku
, będący dowodem na istnienie
kwantowania
momentu pędu
.
Doświadczenie to w oryginalnej wersji polegało na przepuszczeniu wiązki atomów
srebra
przez niejednorodne
pole magnetyczne
i obserwacji obrazu wiązki na ekranie (np. kliszy fotograficznej).
Atomy srebra mają niezerowy własny moment pędu (
spin
) i związany z nim
moment magnetyczny
. Oddziaływanie tego momentu magnetycznego z zewnętrznym polem magnetycznym zmienia tor ruchu atomu. Zmiana ta zależy od orientacji
wektora
momentu pędu w przestrzeni, a dokładniej od wartości rzutu tego wektora na kierunek zewnętrznego pola. Ponieważ kierunki spinów atomów opuszczających piec są przypadkowe, to, zgodnie z
mechaniką klasyczną
, wartość tego rzutu może przyjąć dowolną wartość ograniczoną tylko przez wartość (długość wektora) momentu magnetycznego. Tym samym odchylenie toru atomu może być dowolne, pomiędzy wartościami skrajnymi odpowiadającymi ustawieniom spinu równolegle i antyrównolegle do pola. Mechanika klasyczna przewiduje więc, że obraz wiązki na ekranie powinien być jedną plamą rozciągniętą wzdłuż kierunku pola magnetycznego.
Według
mechaniki kwantowej
przewidywanie wyniku eksperymentu jest inne: rejestracja odchylenia toru atomu (jego położenia na ekranie) jest aktem pomiaru składowej momentu pędu wzdłuż kierunku zewnętrznego pola. Pomiar taki może dać wynik tylko z pewnego dyskretnego zbioru możliwych wartości. W wypadku cząstki o spinie 1/2 możliwe są dwa wyniki takiego pomiaru: +1/2 i –1/2. Oznacza to, że atomy srebra powinniśmy rejestrować tylko w dwóch punktach ekranu, a w praktyce, że względu na skończone rozmiary poprzeczne wiązki i nieunikniony rozrzut prędkości atomów, w dwóch obszarach.
W doświadczeniu faktycznie obserwuje się na ekranie dwie plamy, zgodnie z przewidywaniem mechaniki kwantowej.
Doświadczenie jako pierwsi wykonali w
1922
dwaj fizycy niemieccy:
Otto Stern
(1888-1969) i
Walter Gerlach
(1889-1979).
Linki zewnętrzne