Warum hat ein Elektron einen Drehimpuls?

Tatsächlich gibt es Ähnlichkeiten zwischen Spin und klassischem Drehimpuls, weshalb das Ergebnis des Stern-Gerlach-Experiments historisch als eine Art Drehimpuls verstanden wurde.

Die Energieniveaus eines Atoms, das in ein schwaches Magnetfeld gebracht wird, teilen sich entsprechend ihrer auf$m$Werte. Für einen Drehimpulszustand$\ell$, es wird____geben$2\ell+1$magnetische Substrate, und ihre Energiedifferenz wird linear mit dem angelegten externen Magnetfeld zunehmen (vorausgesetzt, das Feld bleibt ausreichend schwach). Im Grunde ist dies der Zeeman-Effekt.

Dasselbe gilt für den Spin. Das Energieniveau des letzten Elektrons in einem Silberatom - dieses Elektron befindet sich in einem$\ell=0$Zustand - ist aufgeteilt in$2$Unterebenen mit einem Abstand, der proportional zum angelegten externen Magnetfeld ist. Dies weist darauf hin$s=1/2$(so dass$2s+1=2$). Da halbzahlige Werte des Bahndrehimpulses wegen der magnetischen Quantenzahl nicht möglich sind$m$muss ganzzahlig sein, Spin kann kein Bahndrehimpuls sein, verhält sich aber sonst "wie Drehimpuls".

Nur um sicherzugehen, dass dies kein komplizierter Multi-Elektronen-Effekt war, Phipps und Taylor [ TE Phipps, and JB Taylor "The Magnetic Moment of the Hydrogen Atom" . Körperliche Überprüfung. 29 (2) (1927): 309–320.] wiederholte das Stern-Gerlach-Experiment mit Wasserstoff im Grundzustand und erhielt dieselbe Art der Aufspaltung.

Schließlich in Ebenen, wo$\ell\ne 0$, ist die Aufspaltung genau so, als ob Spin und Bahndrehimpuls kombiniert werden könnten, daher ist es durchaus sinnvoll, sich Spin als Drehimpuls vorzustellen, wenn auch nicht "klassisch" oder Bahndrehimpuls.

Der Spin wurde aus theoretischen Ideen und aus der Struktur der Atome abgeleitet :

Die Existenz des Spindrehimpulses wird aus Experimenten wie dem Stern-Gerlach-Experiment abgeleitet, bei denen beobachtet wird, dass Teilchen einen Drehimpuls besitzen, der nicht allein durch den Bahndrehimpuls erklärt werden kann.

Das Stern-Gerlach-Experiment wurde 1922 durchgeführt und zu dieser Zeit war bekannt, dass subatomare Teilchen intrinsische (permanent vorhandene) magnetische Dipolmomente besitzen. Die Ausrichtung der magnetischen Dipolmomente der Partikel in einem sich ändernden äußeren Magnetfeld induziert elektromagnetische Strahlung, bewegt die Partikel seitwärts und bringt die Partikel wieder aus der Ausrichtung. Dies wiederholt sich ständig und wird als Lorentz-Kraft bezeichnet .

Da das makroskopische Phänomen der Kreiselpräzession seit langem bekannt ist und die Ursache für dieses Verhalten erst seit der Entdeckung des magnetischen Dipolmoments und der Photonenemission bei der Auslenkung erklärt werden kann , sind Ursache und Wirkung vertauscht.

Zunächst wurde eine Rotation der Teilchen (Eigenspin) behauptet, dass die Teilchen dadurch ein magnetisches Dipolmoment erhalten.

Heutzutage wäre es besser zu zeigen, dass das magnetische Dipolmoment die Phänomene der EM-Induktion (und des Kreiseleffekts) steuert.

Und die theoretische Ableitung über die zwei möglichen Zustände der magnetischen Dipolmomente für geladene Teilchen ist in der Tat richtig. Es wird beobachtet, dass für ein Elektron die Richtung des magnetischen Dipolmoments und die Richtungen der Photonenemission und die Richtung der resultierenden Ablenkung eindeutig sind UND der Emission und Ablenkung des Positrons (und des Protons) entgegengesetzt sind.

Also deine Frage

Warum hat ein Elektron einen Drehimpuls?

soll nachgespielt werden, dass Ladungen magnetische Dipolmomente haben und in einem wechselnden äußeren Magnetfeld abgelenkt werden und dies historisch mit einem Spindrehimpuls zusammenhängt.

Und verehrte Gelehrte, sagen Sie mir bitte, welches der erwähnten Phänomene und Ableitungsschritte kein gut etabliertes Wissen ist.