自旋
施特恩—盖拉赫实验
1922 年,奥托·施特恩与瓦尔特·盖拉赫让一束银原子穿过一个精心设计、强度不均匀的磁场,再让它打在一块玻璃板上。处在这种磁场里的磁体会受到一个侧向的推力,而原子因其电子的角动量而表现得像一块小磁铁。偏转的多少应当报告出这块小磁铁相对磁场是如何倾斜的。
经典物理给出一个明确的预言:原子的磁体应当朝向四面八方,于是这束原子应当抹开成一道连续的竖直条纹。然而原子束却干净地裂成恰好两个斑点,一个向上偏、一个向下偏,中间空无一物。原子磁体的倾角并不能自由取任意值;它是量子化的,沿选定方向只允许两种取向。
尽管施特恩与盖拉赫探究的是磁性,他们实际捕捉到的却是电子自旋——那时「自旋」一词甚至还未问世。这个实验如今是教科书里的经典演示,说明对一个自旋 ½ 系统进行量子测量,会给出恰好两种结果之一;它至今仍是讲解测量、叠加与量子化如何运作的一块试金石。
silver beam in inhomogeneous B-field → exactly 2 spots (up, down)
本应是一道连续的污迹,结果却出现两个离散的斑点,揭示出量子化的自旋。
这两个斑点并不是原子在两种预先存在的取向之间「作出选择」。测量之前自旋可以处于叠加态;仪器迫使它给出两种结果之一,其概率由测量前的状态决定。
又称
另见