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{{expand|time=2015-04-16}}
{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:Stern-Gerlach experiment zh.png|thumb|250px|施特恩-格拉赫实验装置图]]
{{量子力学}}
[[量子力學]]中的'''施特恩-格拉赫实验'''（{{lang-en|Stern-Gerlach experiemnt}}）为证实了[[原子]][[角动量]][[量子化]]的一个著名实验。<ref>{{lang|de|Gerlach, W., Stern, O., 1922, ''Zeitschrift für Physik'', '''9''', 349.}}</ref>該實驗由[[德国]][[物理学家]][[奧托·施特恩]]和[[瓦尔特·格拉赫]]完成。實驗的構想由施特恩在1921年提出，格拉赫於1922年初完成。

如图所示，施特恩-格拉赫实验设法令高温的[[银]]原子从高温炉中射出，经狭缝准直后形成一个原子射线束，而后银原子射线束通过一个不均匀的[[磁场]]区域，射线束在磁场作用下发生偏折，最后落在屏上。如果原子的[[磁矩]]可以任意取向，则屏上會出現一片黑斑。而实验发现屏上形成了几条離散、清晰的黑斑，表明银原子的磁矩只能取几个特定的方向，从而验证了原子角动量的投影是量子化的。施特恩-格拉赫实验是历史上第一次直接观察到原子磁矩取向量子化的实验。

[[File:SternGerlach2.jpg|thumb|300px|[[法兰克福大学]]纪念施特恩-格拉赫实验的铭牌]]
由于高温炉中的温度不足以令大多数原子从[[基态]]激发到[[激发态]]，施特恩-格拉赫实验主要显示的是基态原子的角动量和磁矩。如果只考虑原子的轨道角动量，屏上斑纹的条数应当是 <math>2l+1</math> ，其中 <math>l</math> 是[[角量子数]]。对于[[锂]]、[[钠]]、[[钾]]、[[金]]、[[银]]、[[铜]]等原子，实验得到了两条斑纹，反推角量子数是1/2。而根据当时的理论，角量子数-{只能}-取整数，因此施特恩-格拉赫实验显示，原子中不只有轨道角动量，还应当有其他形式的角动量。此外，对氧原子所做施特恩-格拉赫实验得到5条斑纹，反推角量子数为2，与当时的理论不符。

如果在施特恩-格拉赫实验的屏上特定位置设置狭缝，可以选择只让某一能态的原子通过。这一技术广泛应用于[[拉比磁共振实验]]。


== 實驗概述 ==
{{See also|自旋量子數}}
施特恩-格拉赫實驗將銀原子束射入一段非均強磁場並觀察其偏移。銀原子在高溫爐中被[[氣化]]，通過細縫將原子局限為一細束。原子束在到達屏前將經過一段非均強磁場。經典物理的理論預測屏上固化的銀原子的形狀是一條不間斷的細線。然而該磁場將原子束偏移到兩個不同的方向，在屏上形成兩個分開的細線。

實驗結果表明微觀粒子所具有的內禀[[角動量]]與經典力學中的角動量非常類似，但僅可以取[[量子化]]的值。另一重要結論是同一時刻僅能測量到粒子[[自旋]]的一個分量，這意味著測量自旋關於z-軸的分量將會「摧毀」關於自旋關於x-軸和y-軸的分量的訊息。

一般會使用[[電中性]]粒子進行此實驗，如銀原子。運動電荷在磁場下對路徑造成的偏移較大，因而難以觀察由自旋產生的偏移。



雖然在此實驗以前已經觀察到[[原子光譜]]一類的量子現象，但是施特恩-格拉赫實驗是科學家首次直接地觀察到不同量子態的分離。


== 延伸阅读 ==
<div class="references-small">
* {{lang|en|Friedrich, Bretislav, Dudley Herschbach, "''Stern and Gerlach: How a Bad Cigar Helped Reorient Atomic Physics''", ''Physics Today'', 2003.12.}}
</div>

== 参考文献 ==
{{reflist}}

{{Quantum mechanics topics}}

[[Category:原子物理学|S]]
[[Category:物理学实验|S]]
[[Category:自旋电子学|S]]