Begriffsmagnetfeld des Tages: Von Singulett bis Richtungsquantelung.

Das quantenmechanische Phänomen der »Richtungsquantelung« wurde zuerst von Stern und Gerlach in einem bahnbrechenden, nach diesen beiden Physikern benannten Versuch sichtbar gemacht: »Aus einem Atomstrahlofen werden Silberatome ausgedampft, dieser Strahl wird mit Hilfe zweier Blenden kollimiert und durchläuft ein inhomogenes Magnetfeld, das durch die nicht eben ausgeführten Polschuhe entsteht, die als scharfe Schneide und Rinne gestaltet sind. Auf einem Schirm schlägt sich das Silber nieder. Entgegen der klassisch erwarteten, kontinuierlichen Verteilung der Silberatome werden zwei voneinander getrennte ›Silberflecken‹ detektiert, dies ist nur mit einer quantenmechanischen Deutung zu erklären.« (Wikipedia)

Der Silberstrahl verteilt sich auf dem Schirm in zwei getrennten Bereichen, weil es in der Elektronenhülle der Silberatome ein ungepaartes Elektron gibt, dessen Spin (1/2) mit dem Magnetfeld interagiert; dadurch entstehen zwei mögliche Raumachsen (Spin-Vektoren), auf denen die einzelnen Silberatome sich bewegen.

Wenn es keine ungepaarten Elektronen und keine wirksamen Spins im Elektronenmantel von Atomen gibt (so z.B. bei molekularem Wasserstoff H₂), dann befindet sich das System im Singulett-Zustand: Gegenüber äußeren Kräften ist der Spin neutral. Im Stern-Gerlach-Versuch würde sich nur ein einheitlich gerichteter Strahl zeigen.

Das Bild: Photographien eines Silberatomstrahles von Stern und Gerlach aufgenommen. Ohne äusseres Magnetfeld wird der Atomstrahl nicht abgelenkt (Bild links). Wird das inhomogene Magnetfeld eingschaltet, werden die Silberatome wegen dem Spin 1/2 der 5s-Elektronen aufgespalten (Bild rechts).