Опыт Штерна-Герлаха. Спин электрона. Тождественные частицы, принцип Паули.

Оп Шт.-Г экспериментально подтвердивший, что атомы обладают магнитным моментом, проекция которого на направление внеш.маг. поля принимает лишь опред.значения Опыт: Прохождение пучка атомов Ag (а затем и др. элементов) в сильно неоднородном маг.поле (см. рис.) с целью проверки теоретически полученной ф-лы пространств. квантования проекции m_z на направление Z маг.момента атома m_o: _z = m_o m (т= 0±1,...).На атом, обладающий маг.моментом и движущийся в неоднород. вдоль Z магнитном поле Н, действует сила F= m_z дН/дZ, которая отклоняет его от первонач.направ-я движ-я. Если проекция маг.момента атома могла бы изменяться непрерывно, то на пластинке П наблюдалась бы размытая широкая полоса. Однако в Ш.-Г. о. было обнаружено расщепление пучка атомов на 2 компоненты, симметрично смещенные относит-но первичного направления распростр-я на величину D — на пластинке появлялись 2 узкие полосы. Это указывало на то, что проекция маг.момента атома m_z на направление поля Н принимает только два отличающиеся знаком значения ±m_o, т. е. m_o ориентируется вдоль Н и в противополож.направлении.Спин электрона-квантовая величина, у нее нет классич.аналога; это внутр.неотъемлемое св-во электрона, подобное его заряду и массе. Если электрону приписывается собственный мех.момент импульса (спин) L_s, то ему соответствует собств. маг. момент p_ms. Согласно общим выводам квантовой механики, спин квантуется по закону

где s - спиновое квантовое число. Т.о., опытные данные привели к необходимости характеризовать электроны добавочной внутр. степенью свободы. Поэтому для полного описания состояния электрона в атоме необходимо наряду с глав-м, орбитальным и маг-м квант.числами задавать еще маг.спиновое квант.число.Если перейти от рассмотрения движ-я одной микрочастицы (одного электрона) к многоэлектронным системам, то проявляются особые св-ва, не имеющие аналога в классич.физике. Пусть квантово-мех.система состоит из одинак.частиц, например электронов. Все электроны имеют одинак.физич.св-ва - массу, эл.заряд, спин и др.внутр.хар-ки (например, квант.числа).Такие частицы называют тождественными.формулировка п.Паули: в системе одинак.фермионов (частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны) описываются антисимметрич.волновыми ф-ями и подчиняются статистике Ферми - Дирака) любые 2 из них не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии. Распределение электронов в атоме подчиняется п.Паули в его простейш.формулировке: в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинак.набором 4 квант.чисел n, l, m _l и m_s, т. е. где Z (n, l, m _l, m_s)- число электронов, находящихся в квантовом состоянии, описываемом набором 4 квант.чисел: n, l, m _l, m_s.Т.о.,п. Паули утверждает, что 2 электрона, связанные в одном и том же атоме, различаются значениями по крайней мере одного квант.числа.Данному nсоответствует n ² различных состояний, отличающихся значениями l и m _l. Квантовое число m, может принимать лишь два значения (± ¹/₂).Поэтому max число электронов, находящихся в состояниях, определяемых данным глав.квант.числом, равно

Дата добавления: 2015-11-30