施特恩－格拉赫實驗

施特恩 - 格拉赫實驗是德國物理學家奧托 · 施特恩和瓦爾特 · 格拉赫爲證實原子角動量量子化於1921年到1922年期間完成的一個著名實驗 。 如圖所示 ， 施特恩 - 格拉赫實驗設法令高溫的銀原子從高溫爐中射出 ， 經狹縫準直後形成一個原子射線束 ， 而後銀原子射線束通過一個不均勻的磁場區域 ， 射線束在磁場作用下發生偏折 ， 最後落在屏上 。 如果原子磁矩的方向是可以任意取向的 ， 則屏上形成一片黑斑 。 而實驗發現屏上形成了幾條清晰的黑斑 ， 表明銀原子的磁矩只能取幾個特定的方向 ， 從而驗證了原子角動量的投影是量子化的 。 施特恩 - 格拉赫實驗是歷史上第一次直接觀察到原子磁矩取向量子化的實驗 。 由於高溫爐中的溫度不足以令大多數原子從基態激發到激發態 ， 施特恩 - 格拉赫實驗主要顯示的是基態原子的角動量和磁矩 。 如果只考慮原子的軌道角動量 ， 屏上斑紋的條數應當是 ， 其中 是角量子數 。 對於鋰 、 鈉 、 鉀 、 金 、 銀 、 銅等原子 ， 實驗得到了兩條斑紋 ， 反推角量子數是1 / 2 。 而根據當時的理論 ， 角量子數 - { 只能 } - 取整數 ， 因此施特恩 - 格拉赫實驗顯示 ， 原子中不只有軌道角動量 ， 還應當有其他形式的角動量 。 此外 ， 對氧原子所做施特恩 - 格拉赫實驗得到5條斑紋 ， 反推角量子數爲2 ， 與當時的理論不符 。 如果在施特恩 - 格拉赫實驗的屏上特定位置設置狹縫 ， 可以選擇只讓某一能態的原子通過 。 這一技術廣泛應用於拉比磁共振實驗 。