Спин электрона. Спиновое квантовое число

    В 1922 г. О. Штерн и В. Герлах, проводя прямые измерения магнитного момента атомов водорода, находящихся в s-состоянии обнаружили, что атомный пучок в неоднородном магнитном поле  расщепляется на два пучка (рис.58).

Рис.58

Орбитальный механический момент и связанный с ним магнитный момент атома водорода в s-состоянии равны нулю и не оказывают влияния на движение атома в магнитном поле.

При наблюдении спектров испускания различных элементов, в частности, щелочных металлов в спектрометрах высокой разрешающей силы обнаружилось, что линии, считавшиеся ранее одиночными, оказались состоящими из двух близко расположенных линий. В некоторых спектрах линии оказывались тройными, четверными и т. д. Такие линии называются дублетами, триплетами, квадруплетами и т. д. Кратко они называются мультиплетами, а сами спектры мультиплетными спектрами.

    Для объяснения происхождения таких спектров  и результатов опыта Штерна и Герлахав1925 г. амер. ученые Гаудсмит (1902- 1979) и Уленбек (1900-1974) предположили, что электрон обладает собственным механическим моментом, названным в дальнейшем спином, не связанным с его орбитальным движением. Спин электрона (и других частиц) это внутреннее свойство электрона подобно заряду и массе. Он не связан с вращением электрона вокруг собственной оси, не имеет классического аналога. По аналогии с орбитальным механическим моментом спиновый механический момент квантуется по формуле

,                                               (78)                                     

где s – спиновое квантовое число.

    Проекция L_s спина квантуется так, что L_sz может принимать 2s+1 ориентаций. Расщепление пучка атомов водорода в неоднородном магнитном поле вызвано взаимодействием спинового магнитного момента с магнитным полем: спиновый магнитный момент одних атомов ориентирован по направлению магнитного поля, других атомов – по полю. Отсюда следует, что спиновый момент электронов в магнитном поле может иметь две ориентации: по полю и против поля. Поэтому число ориентаций 2s+1=2, откуда . Проекция спина на направление магнитного поля квантована

                                                 (79)

где m_s –магнитное спиновое квантовое число, которое принимает значения m_s = ±1/2. Таким образом, состояние электронов в атомах характеризуется кроме главного и орбитальных квантовых чисел еще спиновым квантовым числом s.