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文档简介

1、第七章 自旋与全同粒子,7-1 电子自旋 7-2 电子的自旋算符和自旋函数 7-3 正常塞曼效应 7-4 两个角动量的耦合 7-5 全同粒子的特性 7-6 全同粒子体系的波函数 泡利原理 7-7 两个电子的自旋函数,7-1 电子自旋,一、电子自旋的实验依据 二、电子自旋的特点,7-1 电子自旋,一、电子自旋的实验依据,新的实验结果：,（1）光谱的精细结构,在碱金属钠原子光谱中，波长为 由两条谱线组成，波长分别为 和 ，这就是碱金属光谱的双线结构。,在弱磁场中，一条光谱线会分裂成偶数条谱线。,（2）反常塞曼效应,原有量子理论无法解释这些新现象。,为解释上面现象，1925年乌伦贝克和古德斯密特提出

2、了电子自旋的假设。最初，他们认为自旋是电子的机械转动。实际上这种理论没有摆脱经典物理的束缚。后来人们发现，电子自旋是电子的一个固有性质，就像电子具有质量和电荷一样。自旋具有角动量量纲，它的存在，标志着电子又有了一个新的自由度。,1921年的斯特恩-盖拉赫实验直接证实了电子自旋的存在。该实验的目的是测原子磁矩。实验现象是单价原子（如银原子和氢原子等）束流通过非均匀磁场后裂为两束。我们以氢原子为例介绍实验现象。,带有磁矩 的中性原子进入磁场后，其势能为,所以，原子受力,磁矩相对于磁场有不同取向的原子受到不同大小和指向的力的作用。当它们在磁场中飞行时，将发生不同程度和方向的偏转，通过磁场后，磁矩有不

3、同取向的原子将落到照相底板上不同位置。,炉子蒸发出的原子的平均速率为,原子通过磁场时的平均时间为,偏转距离,它可由实验测得（测量方法：加上磁场，再撤消磁场，比较原子束打在屏上的痕迹）。,由此可以推算出磁矩的 分量，结果为,（ 为玻尔磁子）,产生磁矩的原因：不是轨道磁矩，因为体系处于基态，所以轨道磁矩为零；也不是核磁矩，因为核磁矩远远小于 。所以一定有新的物理因素没有被考虑到，实验事实迫使我们承认电子有一个固有（内禀）磁矩即自旋磁矩，它在任何方向上的分量可取两个数值，即,二、电子自旋的特点,1乌伦贝克和古德斯密特提出，电子自旋角动量 在空间任意方向（比如z方向）的投影只能取两个数值,2电子自旋磁矩 与自旋角动量 的关系是,电子轨道磁矩 与轨道角动量 的关系是,注意：,（1）自旋角动量也具有其它角动量的共性，即满足同样的对易关系,（2）电子具有自旋角动量这一特点纯粹是量子特性

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