Открытие спина электрона
Открытие спина электрона связано с работой Джорджа Уленбека и Сэмюэла Гаудсмита, двух молодых студентов Лейденского университета. Летом 1925 года эти два студента по указанию Пауля Эренфеста (1880-1933) подробно изучали исследования эффекта Зеемана, осуществленные несколькими месяцами ранее Ланде, и, в частности, две работы Паули, в которых он вводил четвертое квантовое число и принцип запрета. Несмотря на юный возраст, Гаудсмит был хорошо знаком со спектрами эффекта Зеемана.
Уленбек, напротив, имел более серьезную теоретическую подготовку, однако был очень поверхностно знаком с исследуемой проблемой. Сам Гаудсмит сказал об Уленбеке: «Он едва знал предмет, поэтому постоянно задавал вопросы, которых я не задавал никогда». Уленбек остался под большим впечатлением от теории Паули и его объяснения эффекта Зеемана, но в то же время он был убежден, что теорию необходимо завершить, определив физический смысл четвертого квантового числа электрона. Уленбек утверждал:
«Я был впечатлен, но поскольку все было исключительно формально, мне это казалось абракадаброй. Не было ни одного образа, который связывал бы, по крайней мере качественно, формализм Паули со старой атомной моделью Бора».
Именно тогда Уленбеку пришла в голову идея связать четвертое квантовое число, введенное Паули, с угловым моментом электрона, значение которого было равно ^/г и который в присутствии магнитного поля мог принимать только два направления. Уленбек позже вспоминал:
«Тогда мне пришло в голову, учитывая, что (как мы учили) каждое квантовое число соответствует уровню свободы электрона, что четвертое квантовое число Паули должно быть прямо связано с дополнительным уровнем свободы. […] Другими словами, электрон должен вращаться».
Следующим шагом было дать объяснение значению гиромагнитного отношения электрона (знаменитый множитель Ланде): g = 2. Эренфест показал своим студентам старую работу Макса Абрагама (1875-1922), в которой тот доказывал, что из описания электрона в виде сферической твердой системы с зарядом, равномерно распространенным по поверхности, следует значение гиромагнитного фактора, равное 2. Этот результат позволял вычислить физическое значение (соответствующее) g-фактора, что привело в эйфорию Уленбека и Гаудсмита, которые были убеждены в важности своего открытия. В то же время, однако, они не могли понять, почему их идеи до сих пор не пришли в голову уважаемым исследователям в области квантовой теории. Возможно, их гипотеза на самом деле содержит какую-то бессмыслицу? Уленбек и Гаудсмит рассказали о собственной догадке Эренфесту, но решили не публиковать полученные результаты. Эренфест спросил совета у Лоренца, и тот, используя классическую теорию электрона, показал, каким образом представление Уленбека и Гаудсмита о вращательном движении и поверхностном распространении заряда вело к глубокому противоречию. С одной стороны, скорость вращения поверхности электрона гораздо больше скорости света, с другой стороны, магнитная энергия, приписываемая электрону, предполагает такой огромный размер этого электрона, что подобное предположение не имеет смысла. Уленбек и Гаудсмит окончательно решили не публиковать свои идеи и сообщили об этом Эренфесту. Много лет спустя Уленбек вспоминал об ответе профессора: «Я уже отправил вашу работу в печать несколько недель назад, и она выйдет в журнале на следующей неделе. Вы еще молоды и можете позволить себе некоторые глупости».
Работа Гаудсмита и Уленбека вышла в журнале Naturwissenschaften («Естественные науки») 20 ноября 1925 года. Всего на одной странице излагалась идея углового момента электрона, связанного с четвертым квантовым числом, введенным Паули, классическим изображением которого была маленькая заряженная сфера, вращавшаяся вокруг собственной оси.
Как видно, понятие спина электрона родилось из странной смеси классического представления и правил квантовой теории. В этом смысле работа Уленбека и Гаудсмита, последовавшая за положившей начало квантовой механике работой Гейзенберга, прошла все этапы старой квантовой теории Бора — Зоммерфельда. Спустя короткое время после публикации статьи Гаудсмит получил письмо от Гейзенберга, в котором тот поздравлял его со смелой работой и спрашивал, как они решили знаменитую проблему фактора 2 в структуре атома водорода. Уленбек и Гаудсмит вынуждены были признать, что об этой проблеме они даже не вспомнили, а когда задумались после письма Гейзенберга о ней, то не смогли найти никакого ответа. Решение этой проблемы появилось в следующем, 1926 году, когда молодой английский физик из Кембриджа Люэлин Хиллет Томас (1903-1992) смог объяснить этот фактор, используя теорию относительности и внимательно анализируя преобразования между системами отсчета электрона и атомного ядра.
Благодарю за полезную информацию
предоставленную Вами.
Помогите найти «виновника» придавшего
электрону и друим частицам
такой высокой спиновой скорости > с.