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Startseite/Chemie/Stern-Gerlach-Versuch

Stern-Gerlach-Versuch

Silberatomstrahl im inhomogenen Magnetfeld: zwei Komponenten, S_z = ±ℏ/2.

Atomstrahl

2.2/s
1×

Jedes Atom erhält einen zufälligen Spin ±½; das Feld koppelt **μ·B**. Qualitative Modellrechnung, keine Bahn aus der Kraftgleichung.

Gemessene Größen

Detektiert +z0
Detektiert −z0
Anteil +z—

Zum Modell

Stern-Gerlach-Versuch: ein Strahl von Silberatomen durchläuft ein inhomogenes Magnetfeld und spaltet in zwei Komponenten. Die Spinprojektion auf die Feldachse ist gequantelt, S_z = ±ℏ/2; ein klassischer Fächer von Projektionen fehlt. Ein unpolarisierter Strahl liefert etwa gleiche Anteile an den beiden Detektoren. Jedem Atom wird zufällig der Ausgang ±½ zugewiesen, die Ablenkung ist stilisiert: die Bahnen aus F = ∇(μ·B) werden nicht gelöst. Die benachbarte Seite mit zwei Apparaten rechnet die Wahrscheinlichkeiten cos²(θ/2) nach dem Filter.

Für wen: Oberstufe und Moderne Physik: Spinquantelung und Stern-Gerlach-Versuch.

Wichtige Begriffe

  • Stern-Gerlach-Versuch
  • Spin-½
  • spinprojektion
  • inhomogenes Magnetfeld
  • drehimpulsquantelung

So funktioniert es

Unpolarisierter Atomstrom: nach der Zone mit ∇B erhält jedes Atom einen zufälligen Ausgang ±½, die Zähler laufen gegen 50/50. Das ist ein Lehrschema der Aufspaltung, keine Bahnen aus der Kraftgleichung.

Häufige Fragen

Warum erscheinen auf dem Schirm zwei Linien und kein durchgehender Fleck?
Ein klassisches magnetisches Moment gäbe eine kontinuierliche Streuung der Projektionen. Beim Spin ½ sind nur zwei Werte von S_z erlaubt, daher spaltet der Strahl in zwei Teile.
Ist das die Lösung der Bewegung im Feld μ·∇B?
Nein. Die Ausgänge ±½ sind diskret, die Bahnen sind schematisch gezeichnet. Die vollständige Behandlung ist ein Wellenpaket oder eine semiklassische Kraft auf den Dipol.
Warum nimmt man Silber und nicht freie Elektronen?
Historisch schickten Stern und Gerlach neutrale Ag-Atome hindurch: der Bahndrehimpuls im Grundzustand ist null, die Aufspaltung kommt vom Spin des Valenzelektrons. Auf ein geladenes Elektron wirkt stark die Lorentzkraft.