Опыт Штерна и Герлаха. Спин и магнитный момент электрона. Квантование энергии, момента импульса и проекции момента импульса

Опыты Штерна и Герлаха.

Пространственное квантование магнитных моментов атомов (Р_m) было экспериментально подтверждено в 1922г. В опытах Штерна и Герлаха.

Нить накала покрытая слоем серебра при нагревании испускает атомы серебра, которые фокусируются с помощью анода А и направляется между наконечниками постоянного магнита N,S.

а) B=0

б)

в) Hg,Mg

г) Ag,Na,K

д) V

е) Mn

Пучок атомов прошедшихчерез наконечники магнита фиксируются на фотопластинке.(результаты на рис.). известно, что на заряженные частицы в магнитном поле действует сила: , где -магнитный момент частицы; – градиент индукции магнитного поля; -угол между векторами и . При отсутствии магнитного поля (рис.а) на фотопластинке получалась в центре четкая одна линия. Если бы магнитные моменты атомов ориентир. как угодно, то при включении магнитного поля происходило бы хоотическое расхождение атомов и размывание изображения на фотопластинке. В действительности пучок атомов серебра под действием магнитного поля распадался на 2 пучка расположенных симметрично относительно направления распространения. Подобное расчепление на симметрич. пучки наблюдается и на других элементов. В частности у ртути и магния наблюдается одна линия. Таким образом было доказано что магнитные моменты атомов в магнитном поле ориентир.не как угодно, а строго определенно, следовательно проекция магнитного момента атома принимает определенные дискретные значения . Таким образом магнитн.моменты атомов квантуются, число этих кампонент должно быть нечетным,т.е. будет принимать 2 +1 значение,т.е. должен присутствовать кампонент соответствующий числу =0. В частности, для Mg и Hg содержалась только одна компонента.

Спин и магнитный момент электрона.

Для согласования теории с опытом, а так же для объяснения расчепления спектральн.линий атомов щелочных элементов. В 1925 Гоудсмит и Уленберг выдвинули гипотезу о том, что электрон кроме орбитального механического момента и связанного с ним магнитного момента должен обладать еще и собственным магнитным моментом и связанного с ним собственным механическим моментом, которое называется спином (верчение). Первоначально предполагалось что спин обусловлен вращением электрона вокруг собственной оси подобно волчку. Однако от этого предположения пришлось отказаться, в частности вращающийся шарик кроме механического момента L обладает магнитным моментом p_m которые связаны соотношением . Однако ряд опытов, сложн. эффект Зимана, показали что геромагнитное отношение , т.е. в 2 раза больше чем теоретического означения. Таким образом представление о спине как о моменте вращения электрона оказалось не состоятельным. Спин следует считать внутренним свойством присущим электрону подобно тому как ему пресуще заряд и масса.

Согласно закону квантовой механики величина собственного механического момента электрона может принимать значение , где S – числовое квантокое число (спин) S = ½, а величина проекции спинов механического момента на направлении Z может принимать 2S+1=(2∙1/2)+1=2

, где = ±1/2 – спиновое магнитное квантовое число.

Значение собственного магнитного момента

И проекция собственного магнитного момента на направление z будет принимать

Проекция собственного магнитного момента может принимать только 2 значения: и

Частицы с полученным значением спина = ±1/2 наз фермионами.( электрон,протон,нейтрон )

Частицыс целым значением спина наз базонами (фотон, ряд элементарных частиц)