32.Спин электрона. Спиновое квантовое число. Опыт Штерна и Герлаха.

Из магнетизма известно, что с любым электрическим током связано магнитное поле, и следовательно, если атом или частица обладает отличным от нуля орбитальным механическим моментом, она должна обладать орбитальным магнитным моментом, ибо орбитальное движение электрона можно уподобить круговому току, сила которого определяется частотой вращения электрона. J=eν. Оба момента направлены в противоположную сторону и связаны геромагнитным соотношением. М(в)= - (L/2mc)*L(в), L(в)=h(в)√L(L+1)`, Lz(в)=h(в)m,

M(в)= - Lh(в)√L(L+1)`/2mc, Mz(в)= - Lh(в)m/2mc, Lh(в)/2mc=Мб(в) – магнитон Бора – минимальный магнитный момент, которым может обладать атом. М(в)= - Мб(в) √L(L+1)`, Мz(в)= - Мб(в) m. Т.к. частица, обладающая не нулевым механическим орбитальным моментом, обладает и магнитным моментом, который квантован, то при помещении во внешнее магнитное поле она приобретает дополнительную энергию ∆U= - M(в)*H(в). Зависит от магнитного момента, направленности поля и угла между ними. В проекции на Н, ∆U= - Mz(в) * H(в) = Мб m H(в). Т.е. дополнительная энергия, которую приобретает частица во внешнем магнитном поле, квантована => под действием магнитного поля может происходить расщепление энергетических уровней или снятие вырождения уровня по магнитному квантовому числу. Т.е. вырожденные уровни расщепляются на ряд подуровней. Впервые исследование расщепления пучка нейтральных атомов и молекул во внешнем магнитном поле было

проведено Штерном и Герлахом, которые в своих опытах пропускали пучки нейтральных атомов через неоднородное магнитное поле.

В неоднородном магнитном поле на электрон в атомах

действовала сила F=gradU= - gradM(в)H(в). Эта сила была в

состоянии расщепить пучки атомов в соответствии со значениями квантового числа m, определяющим число проекций на внешнее магнитное поле. Следовательно ожидать, что при прохождении через неоднородное магнитное поле пучка нейтральных атомов водорода, электроны, в которых состояние 1S с n=1 L=0, число возможных проекций магнитных моментов m=(2L+1)=1. Т.е. расщепление либо не должно было наблюдаться, либо, если предположить, что в пучке часть атомов водорода находится с электроном в p-состоянии (L=1), то число возможных пучков m=(2L+1)=3. Результаты опыта показали, что таких пучков всего лишь 2. Т.е. пучок атома водорода расщепляется на 2. => магнитный момент, обусловивший это расащепление, имеет 2 проекции на внешнее магнитное поле. Обозначим соответствующее квантовое число, описывающее эти процессы m (индекс S) = (2S+1)=2. S – спиновое квантовое число, соответствующее по аналогии с орбитальным квантовым числом L. S – квантовое число, определяющее величину собственного механического момента электрона в атоме. S=1/2, m (индекс S) = + - ½, т.е. собственный механический момент электрона в атоме водорода может быть ориентирован по полю и против него. По аналогии с орбитальным моментом: S=h(в)√S(S+1)`=h(в)√3/4`.m (индекс z) = + - ½ h(в) – проекция собственного механического момента. В квантовой механике спиновое квантовое число не учитывается. Первоначальная идея о существовании спина заключалась в том, что собственный механический момент электрона в атоме обусловлен вращением электрона вокруг собственной оси. Современные представления о спине следуют, что спин – необъемное свойство электрона или другой микрочастицы, такое же свойство, как заряд и масса