Штерна-Герлаха опыт

Штерна—Герлаха опыт, опыт, экспериментально подтвердивший, что атомы обладают магнитным моментом, проекция которого на направление внешнего магнитного поля принимает лишь определённые значения (пространственно квантована). Осуществлен в 1922 О. Штерном и немецким физиком В. Герлахом (W. Gerlach), которые исследовали прохождение пучка атомов Ag (а затем и др. элементов) в сильно неоднородном магнитном поле (см. рис.) с целью проверки теоретически полученной формулы пространств. квантования проекции m_z на направление Z магнитного момента атома m_o: m_z=m_om (т = 0±1,...).

  На атом, обладающий магнитным моментом и движущийся в неоднородном вдоль Z магнитном поле Н, действует сила F= m_z дН/дZ, которая отклоняет его от первоначального направления движения. Если проекция магнитного момента атома могла бы изменяться непрерывно, то на пластинке П наблюдалась бы размытая широкая полоса. Однако в Ш.— Г. о. было обнаружено расщепление пучка атомов на 2 компоненты, симметрично смещенные относительно первичного направления распространения на величину D — на пластинке появлялись две узкие полосы. Это указывало на то, что проекция магнитного момента атома m_z на направление поля Н принимает только два отличающиеся знаком значения ±m_o, т. е. m_o ориентируется вдоль Н и в противоположном направлении. Величина магнитного момента атома m_о, измеренная в опыте по смещению D, оказалась равной Бора магнетону.

  Ш.—Г. о. сыграл большую роль в дальнейшем развитии представлений об электроне. Согласно квантовой теории Бора — Зоммерфельда, орбитальный и, следовательно, магнитный моменты используемых в опыте атомов с одним электроном во внешней оболочке равны нулю, поэтому такие атомы не должны были бы вообще отклоняться магнитным полем. Ш.—Г. о., показавший, что эти атомы вопреки теории обладают магнитным моментом, а также другие более ранние эксперименты привели в 1925 Дж. Ю. Уленбека и С. Гаудсмита к гипотезе существования собственного механического момента электрона — спина.

  Лит.: Зоммерфельд А., Строение атома и спектры, пер. с нем., т. 1, М., 1956; Шпольский Э. В., Атомная физика, 4 изд., т. 2, М., 1974.

  А. В. Колпаков.

Схема опыта Штерна-Герлаха: И — источник атомов; К — щели, формирующие узкий пучок; N, S — полюса магнита, создающего постоянное неоднородное поле; П — пластинка, на которую оседают атомы; ∆ — величина отклонения пучка от первоначального направления. Опыт производится в вакууме.