因为银原子中电子自旋的原因:除了有轨道角动量L外,还有电子的自旋角动量S。两者合成即为总角动量J。J的方向与B的方向有夹角,在空间上mj对B有两个取向(一正一负绝对值相等),且朗德g因子gj=2(银是单电子)根据分裂宽度公式Z当然对称了。
斯特恩-革拉赫实验(Stern-Gerlach experiment)是首次证实原子 在磁场中取向量子化的著名实验,证实了原子角动量的量子化。由奥托·斯特恩和瓦尔特·格拉赫在1922年完成12,奥托·斯特恩因此获得1943年诺贝尔物理学奖(期间担任美国加州大学伯克利分校物理学教授,后在该校退休)3。
实验装置:使银原子在电炉内蒸发射出,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),最后到达照相底片上。显像后的底片上出现了两条黑斑,表示银原子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。
斯特恩早年的研究是在理论物理领域,在统计热力学与量子理论方面有一些重要论文;从1919年他开始转向实验物理,由他研发和使用的分子束方法成为研究分子、原子、原子核性质的有力工具,该方法最初的意图是为了证明气体速率分布的麦克斯韦定律 。1922年他同瓦尔特·盖拉赫合作,做了磁场对磁矩的作用力使原子发生偏转的斯特恩-盖拉赫实验,而后又测量了包括质子在内的亚原子粒子的磁矩;1929年的氢、氦射线衍射实验是对原子和分子的波性质的精彩演示 。
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