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词条 斯特恩-革拉赫实验
释义 Site'en-Gelahe shiyan
斯特恩-革拉赫实验(卷名:物理学)
Stern-Gerlach experiment
  首次证实原子在磁场中取向量子化的实验,是由O.斯特恩和W.革拉赫在1921年完成的。
  实验装置如图所示。使银原子在电炉O内蒸发,通过狭缝S1、S2形成细束,经过一个抽成真空的不均匀的磁场区域(磁场垂直于射束方向),最后到达照相底片P上。在显像后的底片上出现了两条黑斑,表示银原子在经过不均匀磁场区域时分成了两束。


  根据实验中的炉温、磁极长度、横向不均匀磁场的梯度和原子束偏离中心的位移,可以计算出原子磁矩在磁场方向上分量的大小。当时测得银、铜、金和碱金属的原子磁矩分量的大小都等于一个玻尔磁子,它们的原子束都只分裂为对称的两束。实验结果说明,原子在磁场中不能任意取向,证实了A.索末菲和P.J.W.德拜在1916年建立的原子的角动量在空间某特殊方向上取向量子化的理论。
  直到1925年G.E.乌伦贝克和S.A.古兹密特提出电子自旋的假设,实验结果才得到了全面的解释。原子磁矩是电子的轨道磁矩和自旋磁矩的和(原子核磁矩很小,暂可忽略),原子磁矩在磁场方向上的分量μz只能取以下数值
μz=-MgμB
M=JJ-1,…,-J

式中M称为磁量子数,J为总角动量量子数,μB为玻尔磁子, g为朗德因子 (见原子磁矩)。即原子磁矩在磁场中只能取 2J+1个分立数值。银原子的基态是 所以实验中在底片上出现两条黑斑。
  斯特恩-革拉赫实验是原子物理和量子力学的基础实验之一;它还提供了测量原子磁矩的一种方法,并为原子束和分子束实验技术奠定了基础。
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更新时间:2024/7/1 6:40:52