シュテルン‐ゲルラハの実験（読み）しゅてるんげるらはのじっけん

日本大百科全書(ニッポニカ)

シュテルン‐ゲルラハの実験
しゅてるんげるらはのじっけん

1921年、O・シュテルンとゲルラハが、磁場中で原子の方向量子化（磁気モーメントの成分がとびとびの値をとること）がおこることを実証した歴史的実験。この場合、磁気モーメントの成分は角運動量の成分から決まるので、角運動量の成分がとびとびの値をとることを示した実験といってよい。電気炉内で加熱蒸発した銀原子を真空中に噴出させ、小孔を通して原子線をつくる。その進行方向に垂直にガラス板を置くと、ガラス板上に小孔と同形の銀影が映る。次に小孔とガラス板の間に原子線に垂直（これをz方向とする）に非一様な磁場をかけると、原子線は、z方向の磁場勾配(こうばい)と銀原子の磁気モーメントのz方向の成分に比例する大きさの力を受ける。磁気モーメントは原子の角運動量から決まるので、銀原子のスピン角運動量があらゆる方向に一様に向いているならば、ガラス板上z方向に縦長の銀影が現れるはずである。実際に観測されたのは、z方向に分離した二つの小孔と同形の銀影であった。これは、銀原子の基底状態のスピンが1/2で方向が2方向に量子化される結果、銀原子はz方向とそれに反平行の2方向しかとりえないことを実証するものである。この実験は電子スピンの存在を確認するとともに、電子の磁気モーメントを測定した意義をもっている。原理的には同様の実験によって原子の磁気モーメントの測定ができるが、ガラス板上で観測される像の分離が小さくて実用にはならず、ラービの分子ビーム法や核磁気共鳴法にとってかわられた。

［池上栄胤］

[参照項目] | ゲルラハ | シュテルン

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

改訂新版　世界大百科事典

シュテルン=ゲルラハの実験 (シュテルンゲルラハのじっけん)
Stern-Gerlach's experiment

磁場の中を運動する荷電粒子について，その角運動量ベクトルは磁場方向の成分が特定のとびとびの値のどれかになるような方向しかとらないこと（方向量子化）を証明した最初の実験。1921年，ドイツのO.シュテルンとゲルラハWalter Gerlach（1889-1979）は加熱した炉から噴出する銀原子をスリットで絞って細いビームとし，下から上に向かい急激に強さを増す磁場を通したところ，ビームは上下の2方向に截然と分裂した。それはビームをガラス板で受けたとき上下に分かれた2ヵ所に銀原子が付着し，中間にはつかなかったことから知られた（図1）。

　銀原子の基底状態における電子の角運動量はスピンのみで，大きさがħ/2であって磁場方向の成分は＋ħ/2か－ħ/2のいずれかとなる（ħはプランク定数を2πで割ったもの）。電子は小さい磁石であり，前者の場合そのN極は下，S極は上を向くから，磁場の不均一のため銀原子には差引き下向きの力が働いて，この銀原子の道筋は下に曲がる。後者の銀原子の道筋は上に曲がる。こうして銀原子のビームは2方向に分裂するというのが現代の理解である。実験の当時はまだスピンは発見されていなかった。彼らはA.ゾンマーフェルトとA.ランデが提出していた〈原子の磁気的な芯〉の方向量子化という誤った理論に基づいて実験を行い，解釈もしたのだった。空間量子化の考えにはA.アインシュタインとP.エーレンフェストが強く反対した。
執筆者：江沢 洋

図1～図2

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

シュテルン＝ゲルラハの実験
シュテルン＝ゲルラハのじっけん
Stern-Gerlach's experiment

磁場の中で原子の方向量子化が起こることを示した実験で，1922年に O.シュテルンと W.ゲルラハが共同で行なった。真空中で銀を蒸発させ，スリットを通して原子線をつくり，これに垂直な方向に不均一な磁場をかけると，原子線が 2本に分かれることが観察される。これは，原子の磁気モーメントと磁場の勾配の間に力が働くためである。つまり，銀の基底状態 ²S_1/2 では軌道角運動量が 0で全角運動量 J が 1/2 であり，J の z 方向 (磁場の方向) への成分が 1/2 と －1/2 に量子化されていて，働く力が違っていることを示している。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典