DAS STERN-GERLACH-EXPERIMENT

JOSEF PÜRMAYR

VALENTIN SIEHS

DOMINIK SENK

GLIEDERUNG

Überblick und Historisches

Erwartungen

Versuchsaufbau

Ergebnisse

Erkenntnisse

STERN-GERLACH-EXPERIMENT

• 1922

• Otto Stern und Walther Gerlach

• Einer der wichtigsten Meilensteine auf dem Weg zur modernen Quantenphysik

• Beweist die Quantisierung des Elektronenspins

• Heute grundlegendes Experiment in der Physik

OTTO STERN*1888 in Deutschland †1969 in den USA

• Physikalische Chemie

Studierte in Forschte und arbeitete inMünchen PragFreiburg ZürichBreslau Hamburg

Frankfurt

Rostock

Pittsburgh

Nobelpreis für Physik (1943):

• Molekularstrahl-Methode• Magnetisches Moment des Protons

OTTO STERN

2 von links: Otto Stern3 von links: Albert Einstein

Otto Stern mit Lise Meitner

WALTHER GERLACH*1889 †1969

Studierte in Forschte und arbeitete inTübingen Göttingen

FrankfurtTübingenMünchen

Arbeitete während des 2. Weltkrieges für das deutsche Uranprojekt und wurde nach dem Krieg von den Alliierten in Farm Hall interniert.

Gerlach war ein Unterzeichner „Erklärung der Göttinger 18“ worin er sich gegen eine atomare Bewaffnung der Bundeswehr wandte.

WOLFGANG PAULI*1900 in Wien †1958 in der Schweiz

studierte Physik in arbeitete in

München Göttingen

Kopenhagen

Hamburg

(mit Otto Stern)

Zürich

Princeton

Nobelpreis 1945 für das nach ihm formulierte

Pauli-Prinzip.

STERN UND PAULI

WO UND WANN?

• Februar 1922

• Frankfurt am MainRobert-Meyer-Straße im Gebäude des physikalischen Vereins.

• Gerlach arbeitete damals dort als außerordentlicher Professor.

MOTIVATIONWARUM WURDE DAS EXPERIMENT DURCHGEFÜHRT?

• Das Bohr‘sche Atommodel (1913) sagte voraus, dass der Drehimpuls quantisiert sein sollte

• Das bedeutet, dass LZ nur diskrete Werte annehmen kann:

|L| = nħ

• Klassische Theorie besagt das LZ jeden beliebigen Wert zwischen −|L| und +|L| annehmen kann

• Welche Theorie ist richtig?

THEORIE• Man benötigt einen Versuch der die kontinuierliche oder

diskrete Verteilung eines Drehimpulses nachweist

• Man weiß, dass der Drehimpuls eines Elektrons ein magnetisches Moment erzeugt

• Dieses Moment müsste sich in einem magnetischen Feld nachweisen lassen

• Es sollte sich eine Verteilung einstellen, die eine der beiden Theorien beweist.

VERSUCHSAUFBAU

KLASSISCHE ERWARTUNGEN

Elektronen haben einen Drehimpuls L, damit verbunden auch ein magnetisches Moment M

Krafteinwirkung in einem äußeren Magnetfeld B

M kann beliebige Winkel zum Magnetfeld haben

• Kontinuierliche Ablenkung

QUANTENMECHANISCHE ERWARTUNGEN

Magnetisches Bahnmoment ist gegeben durch

Grundzustand des Silberatoms ist s- Zustand mit l=0

Kein magnetisches Bahnmoment zusätzliches magnetisches Moment?

MESSERGEBNIS

MESSERGEBNIS

ZUM VERGLEICH

Experiment

FOLGERUNGEN

Der Drehimpuls kann nur zwei diskrete Werte annehmen

WOLFGANG PAULI

„klassisch nicht erklärbar“

• Elektron mit Masse m, Radius r und Drehgeschwindigkeit v

• Wenn

dem Elektron kann eine weitere Quantenzahl zugeordnet werden, diese Quantenzahl kann zwei Werte annehmen

GOUDSMITH & UHLENBECK

Es gibt eine vierte Quantenzahl

diese Quantenzahl beschreibt den Eigendrehimpuls des Elektrons, den Spin

Der Spin eines Elektrons ist entweder + ½ oder – ½

• „Spin up“ oder „Spin down“

Der Spin hat kein klassisches Analogon

FINIS EST

DANKE FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT