સ્ટર્ન-ગેર્લાક પ્રયોગ

સ્ટર્ન-ગેર્લાકનો પ્રયોગ ઈલેક્ટ્રૉનની પ્રચક્રણીય (spin) ગતિને લીધે ઉત્પન્ન થતી ચુંબકીય ચાકમાત્રા (magnetic moment)ના અસ્તિત્વની ચકાસણી માટે કરવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રયોગ દ્વારા સાબિત થયુ કે ઈલેક્ટ્રૉન તેમજ અન્ય કણો અને ન્યુક્લિયસ આંતરિક ચુંબકીય ગુણધર્મ ધરાવે છે અને તે ક્વૉન્ટિકૃત થયેલા હોય છે.

ઇતિહાસ

સ્ટર્ન અને ગેર્લાકે આ પ્રયોગ ૧૯૨૧માં કર્યો હતો. ત્યારબાદ ઘણા વૈ઼જ્ઞાનિકોએ તેના ઉપર શોધન-વર્ધન કર્યું હતું.

સિદ્ધાંત

ઈલેક્ટ્રોનની કક્ષીય અને પ્રચક્રણીય ગતિને કારણે પરમાણુમાં ચુંબકીય ચાકમાત્રા ઉત્પન્ન થાય છે. તેને એક નાના ચુંબક તરીકે ગણી શકાય. જો આવા પારમાણ્વિક ચુંબકને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે તો તે ક્ષેત્રની તેના ઉપર અસર થાય છે. આ અસર ચુંબકીય ક્ષેત્રની પ્રકૃતિ ઉપર આધાર રાખે છે.

જો ચુંબકીય ક્ષેત્ર સમાન હોય તો પારમાણ્વિક ચુંબકને બળયુગ્મનો અનુભવ થતાં તેમાં ભ્રમણગતિ પેદા થાય છે. કારણ કે ચુંબકના બંને ધ્રુવો આગળ સમાન અને વિરુદ્ધ બળો લાગે છે. જો ક્ષેત્ર અસમાન હોય તો ચુંબકના ધ્રુવો ઉપર લાગતા બળો સમાન હોતા નથી પરિણામે પારમાણ્વિક ચુંબકમાં ભ્રમણગતિ ઉપરાંત સ્થાનાંતરીય ગતિ પણ પેદા થાય છે.

પ્રયોગ

સ્ટર્ન-ગેર્લાકનો પ્રયોગની ગોઠવણી

પરીક્ષણ કરવાનું હોય તેવા નમૂનાને ઓવનમાં ગરમ કરવામાં આવે છે. પરિણામે બધી દિશામાં પારમાણ્વિક કિરણો (બીમ) ઉત્પન્ન થાય છે. આકૃતિમાં દર્શાવેલ બે સ્લિટો દ્વારા આ બીમને બિલકુલ રેખીય બનાવવામાં આવે છે. ત્યારબાદ આ બીમ વિદ્યુતચુંબકના ધ્રુવો N અને S વચ્ચેથી પસાર થાય છે. જરૂરિયાત મુજબ ચુંબકીય ક્ષેત્રને અસમાન અને તીવ્ર બનાવી શકાય છે. ક્ષેત્રની બળરેખાઓ બીમની ગતિની દિશાને લંબ હોય છે. આખરે આ બીમને લંબરૂપે રાખેલ પ્લેટ ઉપર આપાત કરવામાં આવે છે. સમગ્ર સાધનને શૂન્યાવકાશ કરેલા કક્ષમાં ગોઠવવામાં આવે છે. સાધનના બધા જ ભાગોને એકરેખસ્થ રાખતાં ઉપકરણ સરળ અને અતિ ચોક્કસ બને છે.

સ્ટર્ને આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરી પ્રોટોનની ચુંબકીય ચાકમાત્રાનું માપન કર્યું હતું, જેના માટે તેમને ૧૯૪૩ના વર્ષનું ભૌતિકશાસ્ત્રનું નોબેલ પારિતોષિક એનાયત થયું હતું.