Richtungsquantelung

Richtungsquantelung,

 

Richtungsquantisierung, die Tatsache, dass bei atomaren und subatomaren Teilchen beziehungsweise -systemen die Komponente I_z eines beliebigen Drehimpulses I (Spin, Bahn- oder Gesamtdrehimpuls) in einer gegebenen, oft durch ein magnetisches oder elektrisches Feld ausgezeichneten Richtung z nur diskrete Werte annehmen kann. Der Drehimpulszustand eines solchen Systems wird außer durch den festen Wert I der Drehimpulsquantenzahl (mit I ≧ 0 und I ganz- oder halbganzzahlig) durch einen Wert der zur Drehimpulskomponente I_z gehörenden magnetischen Drehimpulsquantenzahl m bestimmt; m kann mit der Differenz Δm = 1 zwischen benachbarten Werten von —I und +I laufen, sodass m insgesamt 2I + 1 verschiedene Werte annehmen kann; mh̶ sind die für die Drehimpulskomponente I_z in der gegebenen Richtung zum Drehimpuls I (mit dem Betrag [I (I + 1)]^1/2h̶) mögliche Werte (h̶ = h / 2π, h plancksches Wirkungsquantum).

 

In einem halbklassischen Bild kann dieser Sachverhalt dadurch physikalisch veranschaulicht werden, dass der Vektor des Drehimpulses I (mit der durch seinen Betrag gegebenen Länge) nur bestimmter Orientierungen im Raum fähig ist, sodass seine Projektion auf die gegebene Richtung die Werte mh̶ ergibt; wegen [I (I + 1)]^1/2 > I liegt der Drehimpulsvektor auch für die Extremwerte von m nicht parallel zu dieser Richtung. Da das magnetische (Dipol-)Moment mit dem Drehimpuls verknüpft und daher ebenfalls der Richtungsquantelung unterworfen ist, kann diese u. a. mithilfe von Atomstrahlen in einem inhomogenen Magnetfeld nachgewiesen werden. - Die Richtungsquantelung erklärt insbesondere den Zeeman- und den Stern-Gerlach-Effekt und wird durch diese experimentell bestätigt.