Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Квантовая механика:

Конкретное число отдельных ориентировок в отклоненном пучке.

Требование соответствия числа ориентировок нечетному числу возможных значений z.

Разногласие с экспериментальными наблюдениями двух (четное число) компонент в отклоненном пучке атомов серебра.

31

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

1927: простейший эксперимент Фиппса и Tэйлора – использование пучка атомов водорода

с единственным электроном в основном состоянии.

Водород в основном состоянии: l = 0 (ml = 0 и = 0).

Ожидание: пучок атомов водорода не должен отклоняться.

Эксперимент: пучок расщепляется и отклоняется.

Вывод о невозможности объяснить результаты эксперимента связью между магнитным моментом атома и его орбитальным моментом импульса L.

32

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Удобное, но физически некорректное, предположение – электрон, помимо движения по орбите вокруг ядра, вращается вокруг своей оси.

Два возможных направления вращения электрона вокруг своей оси.

Присутствие магнитного поля – небольшое отличие в энергии при вращении электрона с разной ориентацией спина.

Результат - появление дублета.

33

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Возможность получения трех квантовых чисел (n, l и ml)

в результате применения граничных условий к решениям уравнения Шредингера.

Невозможность получения четвертого квантового числа –

спинового магнитного квантового числа ms путем решения уравнения Шредингера.

34

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Свидетельство экспериментальных наблюдений в пользу существования у электрона собственного вращательного момента импульса.

Поль Дирак (1902-1984):

связь четвертого квантового числа с релятивистскими свойствами электрона и его собственным вращательным моментом импульса.

Наблюдение Вольфганга Паули и Нильса Бора за вращением волчка.

Аналогия между спином электрона и вращательным движением волчка,

но в то же время отличия во многих аспектах.

35

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Эксперимент Фиппса-Тэйлора - подтверждение гипотезы Годсмита и Уленбека о существовании у электрона собственного момента импульса S (спина), помимо орбитального момента импульса L.

Спин, как масса и заряд, - свойство, присущее частице, независимо от ее окружения.

36

Физический смысл квантовых чисел

Спиновое магнитное квантовое число ms

Превышение в два раза отношения магнитного момента к вращательному моменту в случае

вращения электрона вокруг своей оси по сравнению со случаем его движения по орбите.

магнетон Бора B.

Вывод: появление магнитных моментов как у атомов серебра, так и у атомов водорода в результате существования у них спинового момента импульса без вклада со стороны орбитального момента импульса.

38

Контрольный вопрос

Число возможных подоболочек для оболочки с n = 4 в атоме водорода

равно

39