|
тоже состоят из некоторого числа «элементарных моментов», т.е. имеют дискретную природу. Единицей измерения магнитных моментов электронов и атомов является магнетон Бора (ħ - единица измерения механического момента импульса).
Кроме того, в этих опытах было обнаружено новое явление. Валентный электрон в основном состоянии атома серебра имеет орбитальное квантовое число l = 0 (s-состояние). Но при l = 0 ... = 0
(проекция момента импульса на направление внешнего поля равна нулю). Возник вопрос: пространственное квантование какого момента импульса обнаружилось в этих опытах и проекция какого магнитного момента равна магнетону Бора?
В 1925 г. студенты Геттингенского университета Гаудсмит и Уленбек предположили существование собственного механического момента импульса у электрона Ls (спина) и, соответственно, собственного магнитного момента электрона Pms.
Введение понятия спина сразу объяснило ряд затруднений, имевшихся к тому времени в квантовой механике. И в первую очередь - результатов опытов Штерна и Герлаха.
Авторы дали такое толкование спина: электрон - вращающийся волчок. Но тогда следует, что «поверхность» волчка (электрона) должна вращаться с линейной скоростью, равной 300 с, где с - скорость света. От такого толкования спина пришлось отказаться.
В современном представлении спин как заряд и масса есть свойство электрона.
П. Дирак впоследствии показал, что существование спина вытекает из решения релятивистского волнового уравнения Шредингера.
Из общих выводов квантовой механики следует, что спин должен быть квантован: ..., где s - спиновое квантовое число.
Аналогично проекция спина на ось z (Lsz) (ось z совпадает с направлением внешнего магнитного поля) должна быть квантована и вектор ... может иметь (2s + 1) различных ориентаций в магнитном поле.
Из опытов Штерна и Герлаха следует, что таких ориентаций всего две: 2s + 1 = 2, а значит, s = 1/2, т.е. спиновое квантовое число имеет только одно значение.
Для атомов первой группы, валентный электрон которых находится в s-состоянии (l = 0), момент импульса атома равен спину валентного электрона. Поэтому обнаруженное для таких атомов пространственное квантование момента импульса в магнитном поле является доказательством наличия у спина лишь двух ориентаций во внешнем поле.
|
