Stern-Gerlach-Versuch

Stẹrn-Gẹr|lach-Ver|such [nach O. Stern u. dem dt. Physiker W. Gerlach (1889–1979)]: Nachweis der Richtungsquantelung des Gesamtdrehimpulses durch Aufspaltung eines Strahls von Silber-Atomen im inhomogenen Magnetfeld.

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Stẹrn-Gẹrlach-Versuch,

 

Atomphysik: 1921/22 von O. Stern und W. Gerlach durchgeführter Versuch, mit dem erstmals ein experimenteller Nachweis der Richtungsquantelung gelang. Die Versuchsanordnung besteht im Wesentlichen aus einem Atomstrahlofen, einem inhomogenen, spiegelsymmetrischen statischen Magnetfeld, das mithilfe zweier Polschuhe erzeugt wird, und einem Strahlauffänger. Dabei wird ein Strahl von Silberatomen in der Symmetrieebene und senkrecht zu den Feldlinien durch das Magnetfeld geschickt. Der Grundzustand des Silberatoms ²S_½ ist ein Dublett mit dem Gesamtdrehimpuls J = ½; deshalb spaltet er im Magnetfeld in zwei Komponenten mit den Werten +½ beziehungsweise —½ für die magnetische Quantenzahl des Gesamtdrehimpulses auf (Zeeman-Effekt). Da mit diesen magnetischen Quantenzahlen auch entgegengesetzte Erwartungswerte der z-Komponente des magnetischen Dipolmoments des Silbers (Komponente längs der Feldlinien) verbunden sind und die Atome sich entweder in dem einen oder in dem anderen Drehimpulszustand befinden, spaltet der Atomstrahl im inhomogenen Magnetfeld in zwei diskrete Teilstrahlen auf, die als solche mit dem Auffänger nachgewiesen werden. Im Gegensatz hierzu könnte sich ein klassisches magnetisches Dipolmoment in jede beliebige Richtung einstellen, was zu einer kontinuierlichen Aufweitung des Atomstrahls durch das Magnetfeld führen würde.