Diskussion:Stern-Gerlach-Versuch/Archiv

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[[Diskussion:Stern-Gerlach-Versuch/Archiv#Thema 1]]

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Richtung eines inhomogenen Magnetfeldes?

Macht wenig Sinn, man braucht eine Quantisierungsachse. Bei der Anordnung Von Stern und Gerlach ließ sich das Feld darstellen als, ${\vec {B_{ges}}}=B\cdot {\vec {e_{z}}}+{\frac {\partial B}{\partial z}}$. Damit hat man das homogene Feld in z-Richtung als Quatisierungsachse und das für die Ablenkung benötigte inhomogene Feld. MfG Nyabhingi

Rein von der Einheit her ist deine Ausführung falsch--92.203.12.250 16:26, 6. Mai 2012 (CEST)

:Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von:  --92.203.12.250 17:46, 6. Mai 2012 (CEST)

Erklärung

Projektion des Spins eines Spin-1/2-Teilchens auf die z-Achse

Die Gesamtheit der Bahndrehimpulse sowie der Spins der Elektronen eines Atoms erzeugt ein magnetisches Moment. Ist der Bahndrehimpuls und Spin der Gesamtheit aller Elektronen in einem Atom nicht gleichzeitig verschwindend, verkompliziert sich die Situation, da dann Gesamtdrehimpuls und das erzeugte magnetische Moment ${\vec {\mu }}$ des Atoms nicht mehr die gleiche Richtung haben (siehe: Landé Faktor eines Atoms).

Bei Silber, welches von Stern und Gerlach verwendet wurde, ist es so, dass nur das 5s-Elektron zum Gesamtdrehimpuls beiträgt, da sich die Spins und Drehimpulse der restlichen Elektronen nach der Hundschen Regel aufheben. Dieses 5s Elektron hat die Bahndrehimpulsquantenzahl l=0 (es besitzt keinen Bahndrehimpuls) und somit trägt bei Silber nur der Spin des äußersten Elektrons zum Gesamtdrehimpuls bei. Das heißt, dass das magnetische Moment ${\vec {\mu }}$ proportional zum Spin ${\vec {S}}$ ist. Bringt man nun ein solches Atom in ein Magnetfeld wie es von Stern und Gerlach erzeugt wurde und sich in der Form ${\vec {B}}_{ges}={\vec {B}}_{homogen}+{\vec {B}}_{inhomogen}=\left(B_{z}+{\frac {\partial B}{\partial z}}\right)\cdot {\vec {e_{z}}}$ darstellen lässt, wird eine Quantisierungsachse (hier die z-Achse) vorgegeben, wonach der Spin in z-Richtung nur die Einstellmöglichkeiten $-{\frac {\hbar }{2}}$ oder $+{\frac {\hbar }{2}}$ hat (auch "Spin Down" und "Spin Up" genannt). Hierbei soll darauf hingewiesen werden, dass ein klassischer Drehimpuls sich in beliebiger Richtung zu dieser Achse einstellen kann. Durch das inhomogene Feld wirkt nun eine Kraft ${\vec {F}}=-\nabla \left({\vec {\mu }}\cdot {\vec {B}}_{ges}\right)=-{\begin{pmatrix}0\\0\\\mu _{z}\cdot {\frac {\partial ^{2}}{\partial z^{2}}}B\end{pmatrix}}$ auf das magnetische Moment des Atoms, da ${\vec {\mu }}$ proportional zu ${\vec {S}}$ ist, kann die z-Komponente von ${\vec {\mu }}$ auch nur zwei verschiedene Werte annehmen. Daraus folgt, dass je nach Ausrichtung des Spins eine betragsmäßig gleiche, aber in der Richtung entgegegengesetzte Kraft wirkt. Dies führt zu einer Trennung des Atomstrahls in zwei Atomstrahlen, wobei diese sich durch die Ausrichtung der Spins unterscheiden. Dies führt zur beobachteten Verteilung. Klassisch kann das magnetische Moment ${\vec {\mu }}$ kontinuierlich jede Einstellung bezüglich der z-Achse einnehmen, so dass die Kraft ebenfalls kontinuierliche Werte annehmen könnte, was wiederum zu einer kontinuierlichen Verteilung der Silberatome auf dem Schirm führen würde.

MfG Nyabhingi

Vorschlag inzwischen teils realisiert, teils überholt. --UvM (Diskussion) 17:57, 1. Okt. 2012 (CEST)

BITTE NICHT MEHR ÄNDERN!

${\vec {F}}=-{\begin{pmatrix}0\\0\\\mu _{z}\cdot {\frac {\partial ^{2}B}{\partial z^{2}}}\end{pmatrix}}$ wird immer in ${\vec {F}}=-{\begin{pmatrix}0\\0\\\mu _{z}\cdot {\frac {\partial B}{\partial z}}\end{pmatrix}}$ geändert. Wenn aber das Feld wie folgt aussieht: ${\vec {B}}_{ges}={\vec {B}}_{homogen}+{\vec {B}}_{inhomogen}=\left(B_{z}+{\frac {\partial B}{\partial z}}\right)\cdot {\vec {e_{z}}}$, ist die Kraft durch ${\vec {F}}=-{\begin{pmatrix}0\\0\\\mu _{z}\cdot {\frac {\partial ^{2}B}{\partial z^{2}}}\end{pmatrix}}$ beschrieben!

Diese Schlussfolgerung ist korrekt, aber leider stimmt die Prämisse nicht. ${\vec {B}}_{ges}={\vec {B}}_{homogen}+{\vec {B}}_{inhomogen}=\left(B_{zhomogen}+B_{zinhomogen}\right)\cdot {\vec {e_{z}}}$ ergibt in der Tat ${\vec {F}}=-{\begin{pmatrix}0\\0\\\mu _{z}\cdot {\frac {\partial B}{\partial z}}\end{pmatrix}}$ (so wie es auch in der verlinkten Vorlesung der Universität Tübingen hergeleitet wird, die Ableitung des homogenen Teils wird 0 und die Ableitung des inhomogenen Teils verbleibt)

Anschaulich wird dies auch, wenn man den Term $\left(B_{z}+{\frac {\partial B}{\partial z}}\right)$ auf seine Dimension hin überprüft und feststellt, dass beide Summanden in unterschiedlicher Potenz der Länge eingehen würden, sie also unterschiedliche physikalische Dimensionen haben [T] + [T/m]. perk --91.65.209.90 08:33, 11. Jun. 2007 (CEST)

das ist wohl richtig....87.162.29.240 12:14, 13. Jun. 2007 (CEST)

Videos

Der Link zu den Videos verweist mittlerweile auf eine leere Seite auf der nur noch steht: Home >> Back >> List01.

Falls jemand weiß aus welchem Semester der Clip ist, wäre es schön, wenn er wieder verknüpft wird. Ansonsten würde ich vorschlagen den Abschnitt Videos erstmal wieder zu entfernen. -- Nobelium 20:43, 6. Nov. 2009 (CET)

griffige Erklärung des Versuchs

Unter http://de.wikipedia.org/wiki/Spinpolarisation#Richtungsquantelung_des_Spins_.28Spinpolarisation.29 steht genau beschrieben, warum der Versuch mit Silberatomenn funktioniert: " Die Richtungsquantelung wurde erstmals 1922 im Stern-Gerlach-Versuch nachgewiesen: ein Strahl von Silberatomen wird in einem inhomogenen Magnetfeld in zwei Teilstrahlen aufgespalten.

Ursache ist der Spin der Silberatome; für seine Richtung gibt es Möglichkeiten (Multiplizität), entsprechend den magnetischen Quantenzahlen mit einem Wertebereich von bis in Schritten von 1 (hier und ). Die verschieden ausgerichteten Teilchen werden unterschiedlich stark abgelenkt.

Könnte das jemand in diesem Artikel einbauen? --HolgerFiedler (Diskussion) 21:33, 24. Mär. 2012 (CET)

Vorschlag durch die jetzige Fassung überholt. --UvM (Diskussion) 17:57, 1. Okt. 2012 (CEST)

Erklärung

Zunächst kann doch der Spin des 5s1 Elektrons Komponenten in alle Raumrichtungen haben, ebenso das Magnetfeld. Grund für die Ausrichtung in z-Richtung ist doch, dass auf das magnetische Dipolmoment ein Drehmoment wirkt, das bestrebt ist, das Dipolmoment nach den Feldlinien auszurichten. Wenn nun ein Silberatom genau in der Mitte durch das Magnetfeld fliegt, ist dort eine Feldlinie die parallel zur z-Achse ist. D.h. der Spin hat nun nur noch eine Komponente, und zwar in diese Richtung. Deshalb wirkt die Kraft nur entlang der Feldlinien und es gibt zwei Auftrefforte. Bzw. wenn das Atom außermittig ist, das gleiche nur liegen dann die Punkte auf einer Kurve (die auch einer Feldlinie entspricht).

Ich finde die Ausrichtung durch das Drehmoment ist wichtiger Bestandteil einer Erklärung dieses Versuchs. (nicht signierter Beitrag von 188.193.169.24 (Diskussion) 15:08, 1. Okt. 2012 (CEST))

?? Der Dipol erfährt im inhomogenen Feld eine Ablenkkraft, auch, wenn er durch die "Mitte" des Feldes (wo ist die denn?) fliegt. Ja, die Kraft wirkt in Richtung der Feldlinie, aber je nach Spineinstellung zum Nord- oder zum Südpol hin. Da es quantenmechanisch nur zwei Spinstellungen gibt, gibt es 2 Flecke, nicht Kurven. --UvM (Diskussion) 17:57, 1. Okt. 2012 (CEST)

Stern Gerlach in Clustern

Hallo, man sollte vielleicht noch eine Abschnitt zu Stern-Gerlach an Clustern einfügen, da dort die Ablenkung im Gradientenfeld nicht symmetrisch ist.

MfG, nyabhingi (13:50, 7. Sep. 2013 (CEST), Datum/Uhrzeit nachträglich eingefügt, siehe Hilfe:Signatur)

Ungenauigkeiten

In diesem Artikel sind einige Ungenauigkeiten zu finden, die vielleicht auch nur einer ungeschickten Formulierung geschuldet sind. Vielleicht könnte jemand einen Teil "Geschichte" einarbeiten, der nachzeichnet wie die Forscher auf den Versuch gekommen sind. Keinesfalls wollten sie den Spin experimentell nachweisen, sondern sie erhielten durch ihren Versuch den ersten Hinweis darauf. Die Spinhypothese wurde erst 1925 von George Eugene Uhlenbeck und Samuel Abraham Goudsmit ausgesprochen.

Den vorletzten Satz über den Spin kann ich nicht nachvollziehen. Laut Originalarbeiten [1] war es sehr wohl Absicht der Arbeiten, "die Frage der Richtungsquantelung im Magnetfeld experimentell zu entscheiden". Ob der Begriff "Spin" zu diesem Zeitpunkt schon als Fachausdruck etabliert war oder nicht ist meines Erachtens in diesem Zusammenhang zweitrangig. Es handelt sich bei dem Ergebnis jedenfalls nicht um einen "Zufallsfund", wie die Formulierung nahe legt. -- Johannes121 11:03, 26. Mai 2010 (CEST)

Ich bin kein studierter Physiker, aber ich verstehe das so: Stern und Gerlach geht es darum, die Quantisierung des Raumes nachzuweisen, von der sie nicht überzeugt sind. Das scheint ihnen zunächst auch zu gelingen. Sie sind weiter von der klassischen Physik überzeugt, bis das Experiment weiter modifiziert wird. Erst dann rücken sie von der klassische Physik ab. Mit dem Spin (Winkelimpuls) hat das erstmal überhaupt nichts zu tun (nicht nur der Begriff ist ein anderer, sondern auch das Konzept von Stern und Gerlach). Im Artikel wird das nun doch etwas anders geschildert. (vgl. Allan Franklin: Right Experiment, Wrong Theory: The Stern-Gerlach Experiment) (nicht signierter Beitrag von 141.2.69.9 (Diskussion) 19:24, 24. Sep. 2013 (CEST))

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: UvM (Diskussion) 15:06, 15. Mai 2018 (CEST)

Vorschlag für neue Version des Artikels

Tafel am physikalischen Institut in Frankfurt am Main

Mit Hilfe des Stern-Gerlach-Versuch wurde 1922 von den Physikern Otto Stern und Walther Gerlach erstmals die Richtungsquantelung von Drehimpulsen von Atomen beobachtet. Der Stern-Gerlach-Versuch ist ein grundlegendes Experiment in der Physik und wird immer wieder herangezogen, um die Natur der Quantenmechanik zu erläutern.

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: UvM (Diskussion) 15:06, 15. Mai 2018 (CEST)

Achsbeschriftung

Eine Achsbeschriftung (x,y,z) im Versuchsaufbau wäre für das Verständnis extrem hilfreich. Die z-Achse ist oft die Ausbreitungsrichtung, hier scheint sie jedoch entlang der magn. Feldlinien zu verlaufen... (nicht signierter Beitrag von 68.127.170.224 (Diskussion) 07:16, 13. Okt. 2011 (CEST))

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: UvM (Diskussion) 15:06, 15. Mai 2018 (CEST)

Prinzip des Stern Gerlach Versuchs

schematische Darstellung des Stern-Gerlach-Experiments

Aus einem Atomstrahlofen werden Silberatome ausgedampft, dieser Strahl wird mit Hilfe zweier Blenden kollimiert und durchläuft ein inhomogenes Magnetfeld. Auf einem Schirm schlägt sich das Silber nieder. Entgegen der klassisch erwarteten, kontinuierlichen Verteilung der Silberatome werden zwei voneinander getrennte "Silberflecken" detektiert (siehe Abbildung links), dies ist nur mit einer quantenmechanischen Deutung zu erklären.

Ja und? So steht es doch im Artikel. --UvM (Diskussion) 09:27, 15. Jun. 2018 (CEST)

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: UvM (Diskussion) 14:36, 15. Jun. 2018 (CEST)