16. Измерение момента количества движения. Опыт Штерна и Герлаха.
Один из способов измерения момента количества движения — это опыт Штерна и Герлаха 
стр. 407). Предположим, что требуется измерить момент количества движения электронов в атоме данного типа, например в атоме магния. Пучок таких атомов получается, в частности, при испарении с твердого тела и пропускании испаренных атомов через ряд коллимирующих щелей. Этот пучок попадает в область с неоднородным магнитным полем, нормальным к направлению движения атомов. Схема этого опыта показана на рис. 67.
Рис. 67.
Если электроны вращаются по орбитам, на которых их момент количества движения равен 
то магнитный момент этих электронов будет (см. уравнение (15.52))
В неоднородном магнитном поле на атомы действует сила
где 
магнитное поле. Поскольку 
обычно мало, получаем
Поэтому каждый атом подвергается действию силы, пропорциональной 
-составляющей момента количества движения его электронов (относительно центра атома). В результате атом приобретает соответствующий импульс, а пучок соответственно отклоняется. Пучок собирается на некотором расстоянии от магнита в точке, достаточно удаленной для того, чтобы разделить атомы с разными 
Измерив отклонение, можно рассчитать 
Поскольку перед тем, как атомы попадают в магнитное поле, нет предпочтительных ориентации 
то очевидно, что атомы с каждым возможным значением 
будут встречаться одинаково часто и беспорядочным образом по мере их испарения с металла. Поэтому на экране получается по одному пятну для каждого из возможных значений 
Так как полное число возможных значений составляющих 
равно 
то можно определить I простым подсчетом пятен на экране. [Этот метод применяется только к тем атомам, для которых полный спин электрона равен нулю. Влияние спина может изменить число и распределение пятен (о влиянии спина см. гл. 17). Фактически этот опыт дает возможность показать наличие спина электрона, поскольку во многих случаях распределение пятен оказывается отличным от предсказанного выше.)
Надо отметить, что опыт Штерна и Герлаха дает прямое доказательство квантовой природы момента количества движения, поскольку по классической теории должен быть непрерывный ряд значений моментов количества движения и, следовательно, непрерывный ряд точек на экране, в которые попадают атомы.
