Номер 6, страница 18, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 25. Атомное ядро - номер 6, страница 18.

Условие.

6. На что указывает расщепление пучка?

Решение.

Расщепление пучка частиц (например, атомов) при прохождении через неоднородное магнитное поле, как в знаменитом опыте Штерна-Герлаха, является одним из ключевых экспериментальных подтверждений принципов квантовой механики. Это явление указывает на несколько фундаментальных аспектов строения материи:

1. Пространственное квантование: В классической физике предполагалось, что магнитный момент атома (подобный маленькой стрелке компаса) может быть ориентирован в пространстве совершенно произвольно. При прохождении через неоднородное поле такие атомы отклонялись бы на разные углы, создавая на экране сплошную размытую полосу. Однако эксперимент показал, что пучок расщепляется на несколько четко разделенных, дискретных пучков. Это означает, что проекция магнитного момента на направление внешнего поля не может принимать любые значения, а только строго определенные, квантованные. Это и есть явление пространственного квантования.

2. Существование спина: Расщепление пучка атомов, у которых суммарный орбитальный момент импульса электронов равен нулю (как у атомов серебра в опыте Штерна-Герлаха), указывает на наличие у электронов собственного, внутреннего момента импульса. Эта характеристика была названа спином. Спин — это чисто квантовое свойство, не имеющее прямого аналога в классической механике (его нельзя представлять как простое вращение частицы вокруг своей оси).

Таким образом, расщепление пучка является прямым доказательством того, что в микромире некоторые физические величины, такие как проекция момента импульса, являются дискретными (квантованными), а частицы обладают внутренним свойством — спином.

Число пучков, на которые происходит расщепление, связано со спиновым квантовым числом $\text{s}$ и определяется формулой $2s+1$. Например, для электронов и других частиц со спином $s = 1/2$, пучок расщепляется на $2 \cdot (1/2) + 1 = 2$ компоненты, что и наблюдалось в эксперименте.

Ответ: Расщепление пучка указывает на квантование проекции магнитного момента частиц (и связанного с ним собственного момента импульса — спина) на направление внешнего поля. Это фундаментальное проявление квантовой природы микрочастиц.