【中華百科全書●科學●自旋角動量】

楊籍富

【中華百科全書●科學●自旋角動量】

 

電子自旋（Spin）現象的假設，於西元一九二五年，由高斯密（Goudsmit）及烏蘭貝（Uhlenbeck）為了要解釋異常的基曼效應。

 

（AnomalousZeemaneffect）而提出來，通常實驗無法直接測出角動量的Z分量，但是可以磁矩代替Z分量的一個接近的相關量。

 

一九二二年，史騰及格拉在測銀原子之mlz的可能值時，發現銀原子束分裂成僅有兩個分量；

 

古典理論曾預測此處m的可能值，也就是m=2＋1是一個奇數值。

 

因此，這兩者都可能有偏差。

 

這暗示著裏中可能有某些錯誤，不是量子力學的薛丁格理論有錯誤，就是這個理論還不夠完整。

 

當高斯密及烏蘭貝試著去了解為什麼氫及鹹元素的某些光譜線是由一種間隔極密的對稱線所組成。

 

他們認為電子具有一種固有的角動量和磁矩，則角動的Z分量可以假定為－？

 

及＋？

 

兩個值的量子數用msz表示。

 

而原子能階的分裂，也就可以解釋為原子磁場中固有的電子磁矩的取向位能。

 

一九二七年，費普及泰勒把史騰－格拉的技巧運用在氫原子束上，由於氫原子只含有單電子，問題就顯得簡單多了。

 

他們預測：在基態（量子數=0）時，m僅有一個可能，因為(方程式1)，因此必定是零。

 

但他們發現原子束分裂成兩個對稱的偏轉分量。

 

當2S十1=2，(方程式2)。

 

因此必有某種磁矩存在原子當中，是以前我們所不知道的。

 

這個磁矩的來源，有一種可能是由於原子核自身的旋轉，不過，如果是的話，這磁矩的大小應在(方程式3)的數量級，其中M是原子核的質量。

 

但藉實驗測量得卻是在(方程式4)的數量級，m是電子的質量。

 

因此，可能的來源是電子而不是原子核。

 

因此，電子有一個內在的角動量μs，亦即有一自旋角動量？

 

(方程式5)一九二八年，狄拉克發展出量子力學的相對論，終於證實了電子必需具有內在的自旋角動量及磁矩。

 

（吳義雄）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=10181