斯特恩-盖拉赫实验

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斯特恩-盖拉赫实验是德国物理学家斯特恩（O.Stern）和盖拉赫（W.Gerlach）为证实原子角动量量子化于1921年到1922年期间完成的一个著名实验^[1]。如图所示，斯特恩-盖拉赫实验设法令高温的银原子从高温炉中射出，经狭缝准直后形成一个原子射线束，而后银原子射线束通过一个不均匀的磁场区域，射线束在磁场作用下发生偏折，最后落在屏上。如果原子磁矩的方向是可以任意取向的，则屏上形成一片黑斑。而实验发现屏上形成了几条清晰的黑斑，表明银原子的磁矩只能取几个特定的方向，从而验证了原子角动量的投影是量子化的。斯特恩-盖拉赫实验是历史上第一次直接观察到原子磁矩取向量子化的实验。

由于高温炉中的温度不足以令大多数原子从基态激发到激发态，斯特恩-盖拉赫实验主要显示的是基态原子的角动量和磁矩。如果只考虑原子的轨道角动量，屏上斑纹的条数应当是2l + 1，其中l是角动量量子数。对于锂、钠、钾、金、银、铜等原子，实验得到了两条斑纹，反推角动量量子数是1/2。而根据当时的理论，角动量量子数只能取整数，因此斯特恩-盖拉赫实验显示，原子中不只有轨道角动量，还应当有其他形式的角动量。此外，对氧原子所做斯特恩-盖拉赫实验得到5条斑纹，反推角动量量子数为2，与当时的理论不符。

如果在斯特恩-盖拉赫实验的屏上特定位置设置狭缝，可以选择只让某一能态的原子通过。这一技术广泛应用于拉比磁共振实验。

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