Stern-Gerlach-Experiment (was wußte man zuvor?)

10/10/2007 - 19:37 von Elviel | Report spam
Hallo,

ich bin gerade am Lernen für ne Prüfung und mal wieder über den Stern-
Gerlach gestolpert.
Weiß jemand von euch zufàllig was man zu dieser Zeit schon
experimentell über die Quantelung des "allgemeinen" Drehimpuls wußte?
Beim berühmten Versuch wurden ja Silberatome benutzt, weil diese im
Grundzustand nur ein s-Elektron als Außenelektron haben, also l=0
(woher wußte man das eigentlich sicher??? Gibt es da eine andere
experimentelle Möglichkeit?).
Falls man jedoch ein Atom mit einem Elektron mit z.B. l=1 (also ein p-
Elektron) benutzt hàtte, hàtte man ja meiner Meinung nach auch(!) eine
Auspaltung in mehrere registrierbare Flecken auf dem Schirm bekommen,
allerdings doch 3 (also einer oben m_l=+1, einer in der Mitte ohne
Ablenkung m_l=0 und einen unten mit m_l=-1) oder irre ich mich da? Der
Bahndrehimpuls ist doch auch gequantelt...?!?

Ist es demnach richtig, dass die entscheidende Entdeckung darin
bestand, dass sich beim Silberatom, bei dem es eh zu keiner Ablenkung
kommen sollte (da l=0), jetzt aber 2 Flecken zeigten und keiner in der
Mitte (oben und unten, m_s=+-1/2)???

Klassisch erwartet man doch eine breite Verteilung, da das magnetische
Moment eines Atoms in der Ausrichtung ja statistisch verteilt sein
sollte...die Welt ist aber nicht klassisch. Haben die das vorher mit
der Quantelung einfach nicht gesehen weil die Ablenkung zu klein für
die bis dahin vorhandenen Apparate war?


Hoffe jemand kann ein bißchen Licht in meine Verwirrung bringen,

Gruß,

Christoph
 

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#1 Heidi Heller
10/10/2007 - 20:13 | Warnen spam
Elviel:

Weiß jemand von euch zufàllig was man zu dieser Zeit schon
experimentell über die Quantelung des "allgemeinen" Drehimpuls wußte?



Der Spin wurde erst 1925 von Goudsmit und Uhlenbeck postuliert
und Stern selbst sagte in seiner Nobelpreisrede:

"The best example is the experiment which Gerlach and I performed in
1922. It was known from spectroscopic experiments (Zeeman effect) that
the atoms of hydrogen, the alkali metals, silver, and so on, were small
magnets. Let us consider the case of the hydrogen atom as the simplest
one even if our experiments were performed with silver atoms. There is
no essential Merence, and the results were checked with hydrogen atoms
a few years later by one of my students in our Hamburg laboratory.

The essential point is that the classical theory and the quantum theory
predict quite differently the behavior of the atomic magnets in a magnetic
field. The classical theory predicts that the atomic magnets assume all
possible directions with respect to the direction of the magnetic field.
On the other hand, the quantum theory predicts that we shall find only
two directions parallel and antiparallel to the field (new theory, the
old one gave also the direction perpendicular to the field).

The contradiction I spoke of is this. At this time according to Bohr's
theory one assumed that the magnetic moment of the hydrogen atom is
produced by the movement of the electron around the nucleus in the same
way as a circular current in a wire is equivalent to a magnet. Then the
statement of the quantum theory means that the electrons of all hydrogen
atoms move in planes perpendicular to the direction of the magnetic field.
In this case one should find optically a strong double refraction which
was certainly not true. So there was a serious dilemma.

Our molecular ray experiment gave a definite answer. We sent a beam of
silver atoms through a very inhomogeneous magnetic field. In such a field
the magnets are deflected because the field strength on the place of one
pole of the magnet is a little different from the field strength acting
on the other pole. So in the balance a force is acting on the atom and it
is deflected.

A simple calculation shows that from the classical theory follows that we
should find a broadening of the beam with the maximum intensity on the
place of the beam without field. However, from the quantum theory follows
that we should find there no intensity at all, and deflected molecules on
both sides. The beam should split up in two beams corresponding to the two
orientations of the magnet. The experiment decided in favor of the quantum
theory (Fig. 3).

The contradiction with respect to the double refraction was solved about
four years later through the new quantum mechanics in connection with the
Uhlenbeck-Goudsmit hypothesis that the electron itself is a small magnet
like a rotating charged sphere. But even before this explanation was given,
the experiment verified directly the splitting in discrete beams as
predicted by the quantum theory.

http://www.physik.unibas.ch/Praktik...rlach.html

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