Wikipédia

„Stern–Gerlach-kísérlet” változatai közötti eltérés

Laptörténet interaktív böngészése
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
a link
Voxfax (vitalap | szerkesztései)
71 795 szerkesztés
magyarul
3. sor:
==Az alapvető elmélet==
 
[[Fájl:Stern-Gerlach experiment.PNG|300px|thumbbélyeg|A Stern–Gerlach-kísérlet elrendezése]]
 
A Stern–Gerlach kísérlet lényege: egy inhomogén [[Mágneses mező|mágneses téren]] keresztül [[ezüst]]atomokból álló részecskesugarat küldenek át és közben figyelik a részecskék eltérülését. Az eredmények azt mutatták, hogy a részecskék egy belső [[impulzusmomentum]]mal rendelkeznek, amely igen hasonló a klasszikus forgó testek impulzusmomentumával, de ezek csak bizonyos értékeket vehetnek fel.
9. sor:
Ha az ezüstatomoknak nem lenne mágneses momentumuk (és ennek megfelelően spinjük), akkor egy kupacba kellett volna beérkezniük, de ha van, a klasszikus értelmezésben akkor is szétkent, folytonos eloszlás mentén, és nem két elkülönülő pontban. A megfigyelés szerint az ezüstatomok két elkülönülő pontban észlelhetők. A kísérletet elektromosan semleges részecskékkel vagy [[atom]]okkal végzik. Ezzel elkerülhető, hogy egy töltött részecske nagy mértékben eltérüljön, amikor áthalad a mágneses téren, és lehetővé teszi, hogy a spin-független hatás domináljon. Ha a részecskét úgy kezeljük, mint egy klasszikus forgó dipólust, akkor az előre fog haladni a mágneses térben a forgatónyomaték miatt, amelyet a mágneses tér erőltet rá a dipólusra (lásd nyomaték indukált előrehaladás, torque-induced precession). Ha áthalad egy homogén mágneses téren, a dipól két végére ható erők semlegesítik egymást és ezért a részecske röppályáját nem módosítják. Ha viszont a mágneses tér nem homogén, akkor a dipól egyik végére ható erő kismértékben eltérő lesz a másik végére ható erőtől és így az eredő erő hatásaként eltéríti a dipól röppályáját. Ha a részecskék klasszikus forgó tárgyak lennének, azt várhatnánk el, hogy a spin impulzusmomentum [[vektor]]ainak az eloszlása véletlenszerű és folytonos lesz. Minden egyes részecskét más és más mértékben térítenének el, ami egy folytonos eloszlású képet nyújtana az érzékelő képernyőn. Ehelyett a Stern-Gerlach készüléken áthaladó részecskék vagy lefelé vagy felfelé térülnek el egy bizonyos mértékben. Ez az eredmény azt jelenti, hogy a spin perdület kvantált (azaz csak diszkrét értékeket vesz fel), vagyis a lehetséges impulzusnyomatékok eloszlása nem folytonos. Ha a kísérletet töltött részecskékkel végezzük (mint az [[elektron]]), akkor a Lorentz erő egy körbe hajlítja a pályát (ciklotron mozgás). Ez az erő semlegesíthető egy megfelelő erős elektromos térrel átlósan (diagonálisan) irányítva a részecske pályájára.
 
[[Kép:Quantum projection of S onto z for spin half particles.PNG|100px|leftbélyeg|thumbbal|A fermionok spin értékei]]
Az elektronok spin-1/2 részecskék. Ezeknek csak két lehetséges spin impulzusnyomatékuk van bármely tengely mentén, +ħ/2 vagy −ħ/2. Ha ez az érték a részecskék bolygószerű forgó mozgásának következtében adódik, akkor az egyes részecskéknek lehetetlenül gyorsan kellene forogniuk. Még akkor is ha egy elektron átmérője 14 nm (ez a klasszikus elektron átmérő), a felülete 2,3×10<sup>11</sup> m/s sebességgel forogna, ami nem lehetséges, mivel meghaladja a fény sebességét (2,998×10<sup>8</sup> m/s). Ehelyett a spin impulzusnyomatéka egy tisztán kvantummechanikai jelenség. Mert ez az érték mindig ugyanazon értékű és úgy tekinthető, mint az elektron belső tulajdonsága és úgy is szokták nevezni, mint az „belső (intrinsic) impulzusmomentum”, megkülönböztetésül a ''pályamenti impulzusmomentum''tól, amely változó és függ a többi részecskétől. Tehát az elektronnak két lehetséges spin impulzusnyomatéka van egy tengely mentén. Ugyanez érvényes a protonra és a neutronra, amelyek három kvarkból álló összetett részecskék (amelyek önmaguk spin-1/2). Más részecskéknek különböző értékű lehetséges spin értékekkel bírnak. A Delta [[barion]]ok (Δ++, Δ+, Δ0, Δ−), például, spin +3⁄2 részecskék és négy lehetséges spin impulzus momentummal A vektor mezonok (Vector mesons), valamint a fotonok, W és Z bozonok és a gluonok spin +1 részecskék és három lehetséges spin impulzus nyomatékkal rendelkeznek. A spin +1/2 részecskékkel történő kísérletek leírása matematika formulával könnyebb az úgynevezett [[Paul Dirac|Dirac]] -féle [[Braket-jelölés]]sel. Amikor a részecskék áthaladnak a Stern–Gerlach készüléken, akkor „megfigyelődnek”. A kvantummechanikában a megfigyelés aktusa megfelel a mérésnek. A megfigyelő készülékünk egy detektor és ebben az esetben két lehetséges értéket figyelhetünk meg: vagy ’spin fel’ vagy ’spin lent’ értékeket. Ezeket a j impulzusmomentum kvantum számmal írjuk le, amely a két lehetséges értékből egyet vehet fel, vagy +ħ/2 vagy −ħ/2. A megfigyelés (mérés) aktusa megfelel a Jz operátornak. Matematikai formulában
 
:<math>|\psi\rangle = c_1\left|\psi_{j = +\frac{\hbar}{2}}\right\rangle + c_2\left|\psi_{j = -\frac{\hbar}{2}}\right\rangle. </math>
16. sor:
 
==Történet==
[[Kép:SternGerlach2.jpg|thumbbélyeg|A frankfurti intézetnél elhelyezett emléktábla a kísérlet emlékére]]
 
A Stern–Gerlach kísérletet Otto Stern és Walther Gerlach végezték el 1922-ben [[Frankfurt]]ban. Ez idő tájt Stern [[Max Born]] asszisztense volt a Frankfurti Egyetem Elméleti Fizikai Intézetében, Gerlach pedig szintén asszisztens volt ugyanannak az egyetemnek a Kísérleti Fizikai Intézetében. A kísérlet idején az atomokat leíró uralkodó modell a [[Bohr-féle atommodell|Bohr-féle modell]] volt, amely szerint az elektronok a pozitív töltésű atommag körül keringenek egy bizonyos pályán vagy energia szinten. A Stern–Gerlach kísérlet a Bohr–Sommerfeld hipotézis tesztjének is tekinthető, amely arról szólt, hogy az ezüst atom impulzusmomentuma kvantált. Megjegyzendő: a kísérlet évekkel azelőtt történt, hogy Uhlenbeck és Goudsmit megalkotta hipotézisét az elektron spin létezéséről.
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/wiki/Stern–Gerlach-kísérlet”