Percobaan Stern–Gerlach: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Fitur saranan suntingan: 3 pranala ditambahkan. |
|||
| (21 revisi perantara oleh 15 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
{{mekanika kuantum}}
Dalam [[mekanika kuantum]], '''percobaan Stern-Gerlach''',<ref>{{cite journal|last=Gerlach |first=W.|last2=Stern |first2=O.|title=Das magnetische Moment des Silberatoms|journal=[[Zeitschrift für Physik]]|volume=9 |pages=353–355|year=1922|doi=10.1007/BF01326984}}</ref>
== Teori dasar dan pemerian ==
{{See also|Spin quantum number#Electron spin}}
[[Berkas:Stern-Gerlach experiment.PNG|300px|
Dalam percobaan Stern-Gerlach, seberkas [[partikel]] dikirimkan melalui medan magnet tidak homogen, dan kemudian defleksinya diamati. Hasilnya menunjukkan bahwa partikel tersebut memiliki [[momentum sudut]] intrinsik yang analog dengan momentum sudut sebuah objek klasik yang berputar seperti gasing (''spinning''). Namun nilai momentum sudut ini hanya mengambil nilai-nilai tertentu yang terkuantisasi.
Percobaan ini biasanya dilakukan dengan partikel yang netral atau [[atom]]. Ini menghindarkan defleksi besar terhadap orbit sebuah partikel bermuatan yang bergerak melalui medan magnet dan memungkinkan efek yang terjadi akibat spin mendominasi. Bila partikel tersebut diperlakukan sebagai [[dipol]] klasik yang berotasi, akan terjadi [[Presesi Larmor|presesi]] dalam [[medan magnet]] karena [[torsi]] yang dikerahkan oleh medan magnet terhadap dipol tersebut. Bila partikel tersebut bergerak melalui medan magnet homogen, torsi akibat medan magnet yang dikenakan terhadap ujung-ujung dipol akan saling melenyapkan, dan lintasan partikel tersebut tidak terpengaruh. Namun bila medan magnet tersebut tidak homogen, gaya pada salah satu ujung dipol akan lebih besar daripada gaya terhadap ujung lain, sehingga ada gaya netto yang membelokkan lintasan partikel.
Bila partikel tersebut merupakan objek berputar klasik, kita akan memperkirakan distribusi spin vektor momentum sudutnya acak dan kontinu. Tiap partikel akan dibelokkan dengan gaya yang berbeda-beda, dan menghasilkan distribusi mulus di layar detektor. Namun pengamatan menunjukkan bahwa partikel yang melewati peralatan percobaan Stern-Gerlach dibelokkan ke atas atau ke bawah dalam jarak tertentu. Hasil ini menunjukkan momentum sudut spin terkuantisasi (hanya dapat mengambil nilai-nilai diskret), sehingga tidak ada distribusi kontinu dari momentum sudut yang mungkin.
Baris 13 ⟶ 14:
Bila percobaan ini dilakukan menggunakan partikel bermuatan seperti [[elektron]], akan ada [[gaya Lorentz]] yang cenderung membengkokkan lintasan dalam bentuk lingkaran. Gaya ini dapat dilenyapkan menggunakan [[medan listrik]] dengan kekuatan yang sesuai, dengan orientasi tegak lurus terhadap arah partikel bermuatan tersebut.
[[Berkas:Quantum projection of S onto z for spin half particles.
Elektron adalah partikel dengan [[spin-½|spin-{{frac|1|2}}]]. Partikel seperti ini hanya memiliki dua nilai momentum sudut yang diukur sepanjang sembarang sumbu, +ħ/2 atau −ħ/2. Bila nilai ini naik karena partikel berotasi layaknya planet, masing-masing partikel haruslah berotasi sangat cepat yang tidak mungkin. Bahkan bila jari-jari elektron sebesar {{val|14|ul=nm}} (jari-jari elektron klasik), permukaannya haruslah berotasi dengan kecepatan {{val|2.3|e=11|u=m/s}}. Kecepatan rotasi permukaan ini akan melebihi laju cahaya {{val|2.998|e=8|u=m/s}}, dan karena itu tidak mungkin.<ref>
{{cite book|first=S.-I.
Momentum sudut spin ini merupakan fenomena mekanika kuantum murni. Karena nilainya selalu sama, nilai ini dianggap sebagai sifat intrinsik elektron, dan karena itu disebut sebagai "momentum sudut intrinsik" (untuk membedakannya dengan momentum sudut orbital, yang dapat bervariasi dan tergantung kepada kehadiran partikel lain).
Untuk elektron ada dua nilai yang mungkin buat momentum sudut spin yang diukur sepanjang sebuah sumbu. Hal ini juga berlaku untuk [[proton]] dan [[neutron]], yang merupakan partikel komposit yang terdiri atas tiga [[kuark]] (yang masing-masingnya merupakan partikel [[spin-½|spin-{{frac|1|2}}]]). Partikel lain memiliki nilai-nilai spin yang mungkin.
Untuk memerikan percobaan menggunakan partikel spin +{{frac|1|2}} secara matematis, lebih mudah menggunakan notasi [[bra-ket]] dari [[Paul Adrien Maurice Dirac|Dirac]]. Bila partikel melewati peranti Stern-Gerlach, mereka "diamati". Aksi pengamatan ini dalam mekanika kuantum setara dengan pengukuran. Peranti pengukuran ini adalah detektor, dan dalam hal ini kita dapat mengamati salah satu dari dua nilai yang mungkin, yaitu spin atas dan spin bawah. Ini dideskripsikan oleh [[bilangan kuantum]] momentum sudut ''j'', yang dapat bernilai salah satu,
:<math>|\psi\rangle = c_1\left|\psi_{j = +\frac{\hbar}{2}}\right\rangle + c_2\left|\psi_{j = -\frac{\hbar}{2}}\right\rangle.
Konstanta ''c''<sub>1</sub> dan ''c''<sub>2</sub> adalah [[bilangan kompleks]].
▲Konstanta ''c''<sub>1</sub> dan ''c''<sub>2</sub> adalah bilangan kompleks. Kuadrat dari nilai mutlaknya, (|''c''<sub>1</sub>|<sup>2</sup> dan |''c''<sub>2</sub>|<sup>2</sup>) menentukan [[probabilitas]] menemukan salah satu dari dua nilai ''j'' yang mungkin dalamm keadaan <math>|\scriptstyle \psi\rangle</math>. Konstanta ini juga harus dinormalisasi agar probabilitas menemukan salah satu nilai ini adalah 1. Namun, informasi ini tidak cukup untuk menentukan nilai ''c''<sub>1</sub> dan ''c''<sub>2</sub>, karena keduanya mungkin saja bilangan kompleks. Karena itu pengukuran hanya menghasilkan nilai mutlak nilai konstanta.
== Percobaan berurutan ==
Bila kita merangkaikan beberapa aparatus Stern-Gerlach, kita dapat melihat bahwa mereka tidak hanya bertindak sebagai penyeleksi sederhana, tapi juga mengubah keadaan yang diamati (seperti dalam [[polarisasi cahaya]]), menurut hukum [[mekanika kuantum]]:<ref>
{{cite book
}}</ref>
<center>[[Berkas:Sg-seq.svg]]</center>
{{clr}}
Baris 89 ⟶ 90:
* Dalam dasawarsa-dasawarsa selanjutnya, para ilmuwan menunjukkan, menggunakan teknik serupa, bahwa inti beberapa atom juga memiliki momentum sudut terkuantisasi. Interaksi momentum sudut nuklir ini dengan spin elektron bertanggung jawab terhadap struktur hiperhalus garis spektroskopis.
* Pada dasawarsa tigapuluhan, menggunakan aparatus Stern-Gerlach yang diperluas, [[Isidor Rabi]] dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa dengan mengubah-ubah medan magnet, mereka dapat memaksa momentum magnet dari satu keadaan ke keadaan lain. Rangkaian percobaan ini berpuncak pada tahun 1937 ketika mereka menemukan bahwa transisi keadaan dapat diinduksi menggunakan medan yang berubah-ubah terhadap waktu, atau [[frekuensi radio|medan RF]].
* [[Norman F. Ramsey]] kemudian memodifikasi aparatus Rabi meningkatkan waktu interaksi dengan medan magnet. Kepekaan ekstrem akibat frekuensi radiasi membuat peralatan ini sangat berguna sebagai pengukur waktu akurat, dan masih digunakan saat ini di [[jam atom]].
* Pada awal dasawarsa 1960-an, Ramsey dan [[Daniel Kleppner]] menggunakan sebuah sistem Stern-Gerlach untuk menciptakan berkas hidrogen terpolarisasi sebagai sumber energi
* Pengamatan langsung spin tersebut merupakan petunjuk paling langsung dari kuantisasi dalam mekanika kuantum
* Percobaan Stern-Gerlach telah menjadi paradigma pengukuran mekanika kuantum. Khususnya, percobaan ini dianggap telah memenuhi proyeksi von Neumann. Menurut wawasan terkini, berdasarkan pada deskripsi mekanika kuantum pengaruh medan magnet tidak homogen,<ref>
{{cite journal|first=M.O. |last=Scully |first2=W.E. |last2=Lamb |first3=A. |last3=Barut|title=On the theory of the Stern–Gerlach apparatus|journal=[[Foundations of Physics]]|volume=17 |pages=575–583|year=1987|doi=10.1007/BF01882788}}</ref>
== Lihat pula ==
Baris 130 ⟶ 131:
|doi=10.1103/PhysRevA.56.4307
}}
* [http://msc.phys.rug.nl/quantummechanics/stern.htm#Ions Use of ions] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060411092433/http://msc.phys.rug.nl/quantummechanics/stern.htm#Ions |date=2006-04-11 }}
== Pranala luar ==
Baris 136 ⟶ 137:
* [http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=SternGerlach_Experiment Stern–Gerlach Experiment Flash Model]
* [http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/Angular_Momentum/Angular_Momentum.html Detailed explanation of the Stern–Gerlach Experiment]
* [http://plato.stanford.edu/entries/physics-experiment/figure13.html Image of experiment result] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080511204902/http://plato.stanford.edu/entries/physics-experiment/figure13.html |date=2008-05-11 }}
* [http://books.google.com/books?id=u-_di7glv9YC&pg=PA432&dq=Stern%E2%80%93Gerlach+experiment&hl=lt#v=onepage&q=Stern%E2%80%93Gerlach%20experiment&f=false Stern–Gerlach experiment photo]
* http://www.kip.uni-heidelberg.de/matterwaveoptics/teaching/archive/ws07-08/SternGerlach.pdf
{{DEFAULTSORT:Stern-Gerlach, Percobaan}}
[[Kategori:Percobaan fisika]]
[[Kategori:Mekanika kuantum]]
| |||