史特恩—盖拉赫实验
　


   Otto Stern         Walther Gerlach
    在 1913 年以后，玻尔、索末菲等建立的半径典理论中就已经提出角动量空间量子化的概念。
    为验证角动量的空间量子化，1921 年史特恩和盖拉赫进行了专门的实验。


实验装置
　
银原子飞过非均匀磁场的示意图，整个装置处在真空中，银原子在炉中加热成蒸汽。


实验原理
　
(1)电子轨道角动量和轨道磁矩
      设 是 L 方向上的单位矢量
 　　　　　　　
   　　　　　　　
     若角动量 是空间量子化的，那么磁矩 m 也是空间量子化的， m 在空间 z 方向的投影也是量子化的，应有
            


(2)磁矩在磁场中受力

    设 B 只沿 z 方向不均匀，
 　                   　 

    则磁矩 m 在此非均匀磁场中将受到沿 z 方向的作用力：

 　　　　　　　　

    由于 mz 是分立的， Fz 也应是分立的。

    对某个 l，
    有 ml = 0， ±1， ±2 … ±l，
    所以屏上应有 2l + 1 条（奇数）沉积线。
    现银原子都处于基态 ， l = 0 ，应有一条沉积线。


实验现象
　


实验结果，对于 l = 0 的银原子射线却有两条沉积线，出现了矛盾。
　


解释
　
    偶数的沉积线不能用 的空间量子化来解释，有人曾设想 在起作用，但
 　　　 的影响很小。

 　　1925 年两位当年的荷兰学生乌伦贝克（G.E.Uhlenbeck）和古得兹米特（S. Goudsmit）根据史特恩—盖拉赫实验的事实，提出了大胆的假设：

     a. 电子不是质点，它除了有轨道运动外还有自旋( spin )运动，并具有固有的自旋角动量 S 和相应的自旋磁矩 ms 。

     b. 仿照  
              　
       假设
　　　　　　  　，

              s—自旋量子数，ms—自旋磁量子数

类似 ml 有 2l + 1 种取法， ms 也应有 2s + 1 种取法。

     由史特恩—盖拉赫实验，在 l = 0( L = 0 )时，应是 ms 在起作用，实验显示两条沉积线，所以 ms 只有两种取向，所以应有
　

　　　  
            　　
 
 　　　　 　

    引入自旋以后，斯—盖实验的“偶数沉积”得到了解释，而且计算得到的两条沉积线的距离也与实验符合得很好。
                                                                                      其它 》》