Objev spinu elektronu: Stern – Gerlachův pokus

5. prosinec 2012 | 06.00 |

Na počátku 20. let minulého století (literární prameny udávají různé roky) provedli Otto Stern a Walter Gerlach experiment, který je podle nich dnes nazýván. Pouštěli svazek neutrálních atomů stříbra z pokovené platinové spirály (pícky), které se odpařovaly do různých směrů. Pomocí kolimátoru (štěrbiny) byl vybrán svazek atomů, které prolétaly nehomogenním magnetickým polem. Každý atom stříbra se chová jako malý magnet. Je to způsobeno jedním osamoceným elektronem, který se nachází v nejkrajnější části elektronového obalu. Po průchodu magnetickým polem dopadly atomy stříbra na fotografickou desku.

Podle zákonů kvantové mechaniky bude na atomy působit magnetická síla, která buď nechá svazek atomů beze změny nebo jej rozštěpí na 3 části. Výsledek experimentu byl ale překvapivý. Svazek se rozštěpil na 2 části a na stínítku byly zpozorovány 2 stříbrné skvrny. Experiment nasvědčoval tomu, jako by se točivost elektronu skládala ze 2 částí. První z nich je orbitální moment a souvisí s pohybem elektronu v obalu atomu  - tomu odpovídá naše nesprávná představa o elektronu, který v podobě kuličky obíhá kolem jádra atomu. Druhá část točivosti se k té první přidávala zcela automaticky jako by šlo o nějakou vnitřní vlastnost elektronu. Nazýváme ji spin. Toto slovo vzniklo z angličtiny a znamená otáčet se nebo rotovat. Představujeme si jej tak, jakoby obíhající elektron se otáčel kolem své osy. Ve skutečnosti tak tomu není. Spin elektronu může nabývat pouze dvou hodnot: +1/2 a -1/2. Představujeme si jej jako by elektron rotoval jedním nebo druhým směrem.

V normálním stavu atomu stříbra je původcem celého magnetického momentu atomu tzv. spin elektronů v atomu. V homogenním poli (stejná velikost a směr magnetické indukce B) na takový dipól působí jen silový moment, který natáčí dipól do polohy rovnoběžné s homogenním magnetickým polem. V nehomogenním magnetickém poli (magnetická indukce v každém místě nemá stejný směr a velikost) je každý z "pólů" dipólu podroben různě velké síle a výsledná síla působící na dipól tak závisí na jeho orientaci k poli.

Podle klasické fyziky měly být ve svazku atomů povoleny všechny orientace dipólu vzhledem k poli a na fotografické desce měla vzniknout široká stopa místo úzké čáry vznikající bez přítomnosti magnetického pole.

Stern a Gerlach však zjistili, že počáteční svazek se štěpí na 2 odlišné části, odpovídající různým orientacím spinu elektronu v magnetickém poli, jež umožňuje prostorové kvantování.  

Aplet ke spuštění: http://phet.colorado.edu/en/simulation/stern-gerlach

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 5 (1x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře