A2 Stern-Gerlach-Versuch

Der Stern-Gerlach-Versuch gehört zu den wichtigsten experimentellen Grundlagen der Quantentheorie. Er lieferte historisch die experimentelle Bestätigung für die Existenz des Elektronenspins. Gleichzeitig belegt er den möglichen Einfluss der Messapparatur auf das Messobjekt, was sich in diesem Fall durch die auftretende Richtungsquantelung äußert. Unter Wahrung des Messprinzips des historischen Stern-Gerlach-Versuches wird der Versuch mit modernen technischen Mitteln realisiert:

Mit einem Turbomolekular-Pumpstand wird ein Hochvakuum von etwa 10-6mbar erzeugt, welches es ermöglicht, die Strahlabmessungen beträchtlich größer zu wählen als bei der historischen Apparatur, so dass die Justierung des Strahlenganges relativ unproblematisch ist.

Der Atomstrahl wird aus Kaliumatomen gebildet, für die es einen einfachen und empfindlichen Oberflächenionisationsdetektor gibt. Mit ihm können nicht nur die Lagen der Intensitätsmaxima bestimmt, sondern auch das Strahlprofil ausgemessen werden. Entsprechend erfolgt die Versuchsauswertung in zwei Niveaustufen:

In einer einfachen ersten Näherung werden nur die Lagen der Maxima berücksichtigt, in der zweiten Näherung wird das Strahlprofil in die Auswertung einbezogen. Für die dazu erforderlichen numerischen Rechnungen steht ein Computer-Auswerteprogramm zur Verfügung.

Das magnetische Ablenkfeld kann durch ein Zweidrahtfeld nachgebildet werden. Dadurch ist es möglich, im Zusammenhang mit der Versuchsdurchführung das inhomogene Magnetfeld und die räumliche Verteilung der Feldinhomogenität zu berechnen.