آزمایش اشترن- گرلاخ (نیاز به تکمیل و تصحیح دارد)
شاید اصلا اشتباه باشه. من رشته ام فیزیک نیست! این فقط فهم من از یه مطلب توی دانشنامه است. خوشحال میشم راهنمایی کنید. البته کوانتوم جدید ساکورایی را که خوندم اینو تصحیحی میکنم. ولی بیشتر ابه نظر میرسه این دانشنامه ای که من دیدم مطلب را از کوانتوم کلاسیک گرفته و آزمایش را با آن توجیه کرده است.
زیربنای مفهومی روش های "گزینش حالت"- مدل اتمی نیلز بور: برای الکترون ها فقط مدار مشخص گسسته ای مجاز است. برای توضیح شکافته شدن خطوط طیف اتمی به وسیله میدان مغناطیسی (موسوم به اثر زیمان)، زومرفلد و دبای فرضی را مطرح کردند. بنابر آن مدارهای بور در میدان مغناطیسی نیز فقط جهت های گسسته خاص را در فضا انتخاب می کنند (کوانتش فضایی). نظریه کلاسیک: در تمام جهات فضایی مدار الکترونی مجاز است. چالش اشترن: می دانیم حرکت مداری الکترون گشتاور مغناطیسی در جهت عمود بر مدار ایجاد می کند، در نتیجه هر اتم مانند آهنربایی کوچک است. تعیین اینکه نکته که در میدان مغناطیسی خارجی این آهنربا فقط در جهت گسسته سمت گیری می کند یا نه.
در اتاقک خلا، اتم نقره در یک کوره داغ تبخیر می شوند، با عبور از سوراخ کوچک (30میکرومتر) به صورت باریکه نازک در می آیند. این باریکه رقیق است که اتم ها بر همکنش ندارند. اتم پیمودن مسافتی از بین دو آهنربا بر شیشه سرد فرود می آید و می چسپند. یک قطب تیز و دیگری تورفتگی پهن دارد. به دلیل اینکه چون میدان در نزدیک لبه تیز شدیدتر است و در لبه پهن وتو رفته ضعیف تر است و باعث ایجاد نیروی منحرف کننده (میدان نا یکنواخت) متناسب با cos تتا می شود. که تتا زاویه بین گشتاور مغناطیسی اتم و جهت میدان خارجی است. اتم با گشتاور طرف میدان، تتا کمتر از 90 و پشت به آن، تتا بیشتر از 90 به ترتیب به طرف ناحیه ای که میدان قوی تر است، جذب یا دفع می شوند. در واقع ما از قدرت یک قطب استفاده می کنیم.
جهت گیری گشتاوری مغناطیسی اتم نقره در کوره کتره ای است. تعداد اتم ها با انحراف تتا، متناسب است با sin تتا است (از 0تا1). بنا بر نظریه کلاسیک این توزیع کتره ای برای میدان خارجی مغناطیسی نیز صادق باشد. که در آن شدت بیشینه متناسب با تتای 90 که اتم از آهنربا خارج می شود، متناظر با انحراف صفر به میان صفحه برخورد می کند،که نسبت به نمای بدون شدت اولیه و بدون قرارگیری در میدان قدری پهن تر می شود.
اما طبق کوانتش فضایی فقط جهت موازی تتا صفر و پادموازی تتا 90 (با میدان) قابل قبول است، پس باریکه به دو باریکه مجزا با شدت یکسان تقسیم می شود. این شکافته شدن همان چیزی است که در این آزمایش مشاهده شد.
البته جنبه طنز آمیز آزمایش این است که: در این آزمایش گشتاور مغناطیسی اتم نقره با دقت در حدود 10 درصد بدست آمد و مکانیک کوانتومی قدیمی آن را به حرکت مداری الکترون و کوانتوم تکانه ای زاویه ای نسبت داد. که رضایت بخش اما گمراه کننده بود. بعد ها اسپین الکترون کشف شد. در واقع تکانه ای زاویه ای مداری الکترون اتم نقره صفر است و گشتاور و گشتاور مغناطیسی این اتم ناشی از نیم واحد تکانه زاویه ای اسپینی است. و اندازه و گشتاور حاصل از این معادل گشتاور یک واحد تکانه ای مداری است. این به علت ظاهر شدن ضریب نسیتی 2 است.
آزمایش هایی که پس از آن پدید آمد: تشدید مغناطیس هسته ها و باریکه های مولکولی، ساعت اتمی، لیزرها و میزرها و موارد بسیار دیگر.
همچنین نگاه کنید به اتم رادرفورد- بور، اثر زیمان، گشتاور مغناطیسی، نظریه کوانتومی؛ پیدایش.
منبع: دانشنامه فیزیک-جلد اول، جان ریدگن، محمدابراهیم ابوکاظمی، مرکز تحصیلات تکمیلی در علوم پایه، تهران- بنیاد دانشنامه بزرگ فارسی، 1381
+ نوشته شده توسط زندی در چهارشنبه 17 مهر1387 و ساعت
15:25 |
