Das Stern-Gerlach-Experiment

1. Das Stern-Gerlach-Experiment Josef Pürmayr Valentin Siehs Dominik Senk

2. Gliederung • Überblick und Historisches • Erwartungen • Versuchsaufbau • Ergebnisse • Erkenntnisse

3. 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

4. Otto Stern • *1888 in Deutschland †1969 in den USA • Physikalische Chemie • Studierte in Forschte und arbeitete in • München Prag • Freiburg Zürich • Breslau Hamburg • Frankfurt • Rostock • Pittsburgh • Nobelpreis für Physik (1943): • Molekularstrahl-Methode • Magnetisches Moment des Protons

5. Otto Stern 2 von links: Otto Stern 3 von links: Albert Einstein Otto Stern mit Lise Meitner

6. Walther Gerlach *1889 †1969 Studierte in Forschte und arbeitete in Tübingen Göttingen Frankfurt Tübingen München 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.

7. Wolfgang Pauli • *1900 in Wien †1958 in der Schweiz studierte Physik in arbeitete in MünchenGöttingen Kopenhagen Hamburg (mit Otto Stern) Zürich Princeton Nobelpreis 1945 für das nach ihm formulierte Pauli-Prinzip.

8. Stern und Pauli

9. Wo und Wann? • Februar 1922 • Frankfurt am MainRobert-Meyer-Straßeim Gebäude des physikalischen Vereins. • Gerlach arbeitete damals dort als außerordentlicher Professor.

10. MotivationWarum wurde das Experiment durchgeführt? • Das Bohr‘scheAtommodel (1913) sagte voraus, dass der Drehimpuls quantisiert sein sollte • Das bedeutet, dass LZnur diskrete Werte annehmen kann: |L| = nħ • Klassische Theorie besagt das LZjeden beliebigen Wert zwischen −|L| und +|L| annehmen kann • Welche Theorie ist richtig?

11. 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.

12. Versuchsaufbau

13. 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

14. Quantenmechanische Erwartungen • Magnetisches Bahnmoment ist gegeben durch • Grundzustand des Silberatoms ist s- Zustand mit l=0 • Kein magnetisches Bahnmoment  zusätzliches magnetisches Moment?

15. Messergebnis

16. Messergebnis

17. Zum Vergleich • Experiment

18. Folgerungen • Der Drehimpuls kann nur zwei diskrete Werte annehmen

19. 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

20. 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

21. Finis est Danke für eure Aufmerksamkeit