Doświadczenie Sterna-Gerlacha

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Doświadczenie Sterna-Gerlacha
Mechanika kwantowa
Quantum intro pic-smaller.png
\Delta x\, \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Równanie Schrödingera
Wstęp
Aparat matematyczny
Koncepcje podstawowe
Stan kwantowy  · Funkcja falowa  · Superpozycja  · Splątanie kwantowe  · Pomiar  · Nieoznaczoność  · Reguła Pauliego  · Dualizm korpuskularno-falowy  · Dekoherencja kwantowa  · Twierdzenie Ehrenfesta  · Tunelowanie
Znani uczeni
Planck  · Bohr  · Sommerfeld  · Bose  · Kramers  · Heisenberg  · Born  · Jordan  · Pauli  · Dirac  · de Broglie  · Schrödinger  · von Neumann  · Wigner  · Feynman  · Candlin  · Bohm  · Everett  · Bell  · Wien

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, ze 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[edytuj | edytuj kod]

Wikimedia Commons