Descrierea dispozitivului experimental.
Fig. 1
Dispozitivul experimental consta intr-o sursa de atomi de argint in stare fundamentala, un sistem electromagnetic ce creeaza un camp magnetic puternic variabil, si un ecran sensibil, pe care se inregistreaza incidentele atomilor de argint (Fig. 1).
Se poate observa, in urma experimentului, ca fasciculul de particule nu ramane coerent, ci se scindeaza in doua subfascicule. Problema nu a putut fi explicata prin teoria clasica, ci au trebuit introduse notiuni noi, cum ar fi spinul electronic, momentul magnetic de spin, interactiunea spin-orbita. In cele ce urmeaza este prezentata explicatia acestui fenomen si un calcul teoretic al devierii pe verticala a fasciculului.
Considerente teoretice.
Momentul cinetic in mecanica cuantica.
Corectarea cuantificarii date de Niels Bohr momentului cinetic, , a fost adusa mai tarziu, fundamentata de Schrödinger si Heisenberg. Cuantificarea oricarui moment cinetic din mecanica cuantica se face dupa o regula simpla: , unde l este numarul cuantic corespunzator.
Inca o regula data de mecanica cuantica este cea a cuantificarii unui moment cinetic rezultant. Daca avem doua momente cinetice si , care se cuantifica dupa regulile , respectiv , atunci momentul cinetic rezultant, se cuantifica dupa regula , unde .
Momentul cinetic orbital, numarul cuantic orbital, momentul magnetic orbital, numarul cuantic magnetic.
Momentul cinetic orbital se cuantifica dupa regula cunoscuta, , unde . De asemenea, se cuantifica si proiectia acestui moment cinetic pe o axa preferentiala (de exemplu - a unui camp magnetic), prin formula , unde ml este numarul cuantic magnetic, .
Corespunzator momentului cinetic orbital este un moment magnetic orbital, dat de formula binecunoscuta, . Daca introducem atomul intr-un camp magnetic va aparea o energie de interactiune magnetica, data de formula . Dar , si avem , unde se numeste magneton Bohr.
Momentul cinetic de spin, numarul cuantic de spin, momentul magnetic de spin, numarul cuantic magnetic de spin.
Spinul electronic a fost introdus fara suport intuitiv, pentru ca s-a demonstrat ca electronul nu poate avea o miscare efectiva de rotatie in jurul axei proprii. Spinul electronic trebuie privit ca o proprietate intrinseca a electronului, ca si momentul cinetic (se observa din cuantificare ca momentul cinetic poate fi si nul, ceea ce contrazice firescul).
Momentul cinetic de spin se cuantifica identic cu celelalte momente cinetice: . In cuantificare, s este numarul cuantic de spin. S-a aratat ca acesta nu poate lua decat valoarea . De asemenea, proiectia acestui moment cinetic pe o axa preferentiala se cuantifica: , unde ms se numeste numar cuantic magnetic de spin si ia doua valori: .
Corespunzator momentului cinetic de spin apare un moment magnetic de spin. Apare insa o anomalie fata de momentul magnetic orbital, factorul de proportionalitate se schimba: , nu cum ne-am fi asteptat. Proiectia momentului magnetic de spin pe o directie preferentiala se cuantifica de asemenea: .
