การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลค

การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลค ตั้งชื่อตาม ออตโต สเติร์น และ วอลเทอร์ เกอร์แลค เป็นการทดลองในปี ค.ศ. 1922 ที่มีความสำคัญยิ่งในสาขากลศาสตร์ควอนตัม โดยทดสอบดูทิศทางการหักเหของอนุภาคซึ่งใช้ในการวางหลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม และเป็นตัวบ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนและอะตอมมีคุณสมบัติควอนตัมภายใน และการตรวจวัดในกลศาสตร์ควอนตัมมีผลกระทบต่อตัวระบบที่กำลังตรวจวัดนั้นเองด้วย

การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลค ดำเนินการที่เมืองแฟรงค์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี โดย ออตโต สเติร์น และ วอลเทอร์ เกอร์แลค เวลานั้นสเติร์นเป็นผู้ช่วยวิจัยของ มักซ์ บอร์น ที่สถาบันฟิสิกส์ทฤษฎี มหาวิทยาลัยแฟรงค์เฟิร์ต ส่วนเกอร์แลคเป็นผู้ช่วยวิจัยที่สถาบันฟิสิกส์การทดลองที่มหาวิทยาลัยเดียวกัน

ในยุคที่ทำการทดลอง แบบจำลองดีที่สุดที่ใช้อธิบายอะตอมคือแบบจำลองของบอร์ ซึ่งบอกว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสประจุบวกภายในขอบเขตออร์บิทัลของอะตอมที่แยกเป็นชั้นๆ ตามระดับพลังงาน โดยเหตุที่อิเล็กตรอนถูกควอนไตซ์ให้มีตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศ การแบ่งแยกเป็นระดับชั้นพลังงานที่แยกกันนี้จึงเรียกว่าเป็นการควอนไตซ์ในอวกาศ (space quantization) การทดลองของสเติร์น-เกอร์แลคต้องการทดสอบสมมุติฐานของบอร์-ซอมเมอร์เฟลด์ว่าทิศทางของโมเมนตัมเชิงมุมของอะตอมธาตุเงินนั้นควอนไตซ์จริงหรือไม่

พึงสังเกตว่า การทดลองนี้เกิดขึ้นหลายปีก่อนที่ George Eugene Uhlenbeck กับ Samuel Abraham Goudsmit จะคิดค้นสมมุติฐานเกี่ยวกับสปินของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ดีในเวลาต่อมาก็พบว่าผลการทดลองของสเติร์น-เกอร์แลคสามารถเข้ากันได้เป็นอย่างดีกับการทำนายกลศาสตร์ควอนตัมของอนุภาคสปิน - ควรมองว่าการทดลองนี้เป็นข้อสนับสนุนต่อทฤษฎีควอนตัมดั้งเดิมของบอร์-ซอมเมอร์เฟลด์

ปี ค.ศ. 1927 ที.อี. ฟิปส์ และ เจ.บี.เทย์เลอร์ ทำการทดลองซ้ำอีกครั้งโดยอาศัยอะตอมไฮโดรเจนที่สถานะพื้น เพื่อขจัดข้อสงสัยใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการใช้อะตอมเงินในการทดสอบ

อ้างอิง

หนังสืออ่านเพิ่มเติม 
 
 
 
 
 Use of ions

แหล่งข้อมูลอื่น 
 Stern–Gerlach Experiment Java Applet Animation
 Stern–Gerlach Experiment Flash Model
 Detailed explanation of the Stern–Gerlach Experiment
 Image of experiment result 
 Stern–Gerlach experiment photo
 http://www.kip.uni-heidelberg.de/matterwaveoptics/teaching/archive/ws07-08/SternGerlach.pdf

พื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม