3-4スピンとは何か

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    スピンとは何か
    歴史の順に従うと説明が複雑になり過ぎる。 だからここまでは順序を無視してきた。
    磁気モーメントの測定
     かなり後になってしまったが、原子が持つ角運動量を測定する方法の一つを紹介しよう。
     まず、小さい穴の開いた容器の中に調べたい物質を入れて、加熱する。 するとその物質は蒸気となって穴から噴き出すだろう。 酸化を防ぐためにも真空中で行った方がいい。
     その穴から少し離した所に衝立を置いて、そこに小さい穴を開けておく。 こうすることで、容器の穴から衝立の穴まで真っ直ぐに飛んできた原子だけが通過を許されて、穴を抜けた原子はその後も真っ直ぐに飛び続けることになる。 こういう働きをする衝立を「コリメータ」と呼ぶ。 「平行になるように整える装置」くらいの意味だ。 こうして一本の原子のビームが作られるわけだ。 この装置を真空中に置く本当の理由は酸化防止よりもむしろこちらである。 障害物となる気体があっては原子は真っ直ぐに飛べない。
     このビームの進路上に磁場を働かせてやると原子の持つ磁気モーメントが磁場と作用して、原子が進路を曲げることになる。 ただしここで一工夫が必要である。 普通の磁場では曲がらせることはできないのだ。
     もし電子のビームならば電場の中を通せば進路は曲がる。 同様に、もし磁気モノポールというものがあったとしたら、それを磁場の中に通せば同じように進路は曲がるだろう。 しかし磁気モーメントというのは、異符号の磁気モノポールが棒で繋がったようなイメージのものである。 一様な磁場の中ではその両端がそれぞれ反対方向へ同じ大きさの力を受けることになり、どちらへも動かないことになる。
     ではどうすれば良いか。 一方へ近付くほど強い磁場が掛かるようにしてやるのである。 例えば次の図のような断面の磁極を作ってやればいい。
     オレンジ色に塗った部分に注目すると、下へ行くほど磁力線が広がって疎になるので磁力は弱くなるというわけだ。 磁力線の様子はあまり正確ではないので信用してはいけない。 こんな凝った形状にしなくても次のようなものでもいいようだ。
     このような磁場の中では磁気モーメントはすぐに向きを変えてしまうのではないのか、という心配は無用である。 確かに磁気モノポールが2つくっ付いたものなら、磁場の向きに従う方がエネルギーが低いので、向きを変えて、余ったエネルギーを光として放出してしまうだろう。 しかし原子の磁気モーメントの原因は電子の角運動量であり、角運動量保存則がある限り勝手に向きを変えてしまうなんてことは起こらないのである。
     ただし、磁場中で他の粒子と衝突したときに、角運動量を相手に与えることで、磁気モーメントの向きを変える現象は起こり得る。 しかしこの実験が真空中で行われていることを思い出してもらいたい。 そのような衝突はそれほど頻繁には起こらない。 その頻度についてはきちんと計算されており、誤差として評価される。 物理実験というのは、昼過ぎの奥様向けテレビ番組で行われているような子供騙しの実験とはレベルが違うのである。
     こうして進路を曲げられたビームがたどり着く先にガラス板などを置いてやると、多数の原子はこれに張り付いて、吹き付け塗装をしたようになる。 後でこの板を取り出して良く観察してやれば、原子がどのように進路を曲げられたかが分かるわけだ。
    シュテルン・ゲルラッハの実験
     上で説明したような実験は1922年に銀原子を使って行われた。 「シュテルン・ゲルラッハの実験」と呼ばれる有名なものだ。 この実験によって

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    スピンとは何か
    歴史の順に従うと説明が複雑になり過ぎる。 だからここまでは順序を無視してきた。
    磁気モーメントの測定
     かなり後になってしまったが、原子が持つ角運動量を測定する方法の一つを紹介しよう。
     まず、小さい穴の開いた容器の中に調べたい物質を入れて、加熱する。 するとその物質は蒸気となって穴から噴き出すだろう。 酸化を防ぐためにも真空中で行った方がいい。
     その穴から少し離した所に衝立を置いて、そこに小さい穴を開けておく。 こうすることで、容器の穴から衝立の穴まで真っ直ぐに飛んできた原子だけが通過を許されて、穴を抜けた原子はその後も真っ直ぐに飛び続けることになる。 こういう働きをする衝立を「コリメータ」と呼ぶ。 「平行になるように整える装置」くらいの意味だ。 こうして一本の原子のビームが作られるわけだ。 この装置を真空中に置く本当の理由は酸化防止よりもむしろこちらである。 障害物となる気体があっては原子は真っ直ぐに飛べない。
     このビームの進路上に磁場を働かせてやると原子の持つ磁気モーメントが磁場と作用して、原子が進路を曲げることになる。 ただしここで一工夫が必要である。..

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