|
[[Image:Stern-Gerlach experiment.PNG|300px|thumb|Basic elements of the Stern–Gerlach experiment.]]
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.
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.
The experiment is normally conducted using electrically neutral particles or atoms. This avoids the large deflection to the orbit of a charged particle moving through a magnetic field and allows spin-dependent effects to dominate. If the particle is treated as a classical spinning [[dipole]], it will [[Larmor precession|precess]] in a [[magnetic field]] because of the torque that the magnetic field exerts on the dipole (see [[Precession#Torque-induced|torque-induced precession]]). If it moves through a homogeneous magnetic field, the forces exerted on opposite ends of the dipole cancel each other out and the trajectory of the particle is unaffected. However If the magnetic field is inhomogeneous, the force on one end of the dipole will be slightly greater than the opposing force on the other end, so that there is a net force which deflects the particle's trajectory. If the particles were classical spinning objects, one would expect the distribution of their spin angular momentum vectors to be random and continuous. Each particle would be deflected by a different amount, producing a smooth distribution on the detector screen. Instead, the particles passing through the Stern-Gerlach apparatus are deflected either up or down by a specific amount. This result indicates that spin angular momentum is [[Quantization (physics)|quantized]] (i.e., it can only take on [[discrete value]]s), so that there is not a continuous distribution of possible angular momenta.
If the experiment is conducted using charged particles like electrons, there will be a Lorentz force that tends to bend the trajectory in a circle (see [[Cyclotron#Mathematics of the cyclotron|cyclotron motion]]). This force can be cancelled by an electric field of appropriate magnitude oriented transverse to the charged particle's path.
[[Image:Quantum projection of S onto z for spin half particles.PNG|100px|left|thumb|Spin values for fermions.]]
ElectronsElektron areadalah partikel dengan [[spin-½|spin-{{frac|1|2}}]] particles. ThesePartikel haveseperti onlyini twohanya possiblememiliki spindua angularnilai momentum valuessudut yang measureddiukur alongsepanjang anysembarang axissumbu, +ħ/2 oratau −ħ/2. IfBila thisnilai valueini arisesnaik askarena apartikel resultberotasi of the particles rotating the way alayaknya planet rotates, thenmasing-masing thepartikel individualharuslah particlesberotasi wouldsangat havecepat toyang betidak spinning impossibly fastmungkin. EvenBahkan ifbila thejari-jari electronelektron radius were as large assebesar {{val|14|ul=nm}} (thejari-jari [[classicalelektron electron radius]]klasik), itspermukaannya surfaceharuslah wouldberotasi havedengan to be rotating atkecepatan {{val|2.3|e=11|u=m/s}}. TheKecepatan speedrotasi ofpermukaan rotationini atakan themelebihi surfacelaju would be in excess of the speed of light,cahaya {{val|2.998|e=8|u=m/s}}, anddan karena isitu thustidak impossiblemungkin.<ref>
{{cite book|first=S.-I. |last=Tomonaga|title=The Story of Spin|page=35|publisher=[[University of Chicago Press]]|year=1997|isbn=0-226-80794-0}}</ref>
{{cite book
|first=S.-I. |last=Tomonaga
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).
|title=The Story of Spin
|page=35
|publisher=[[University of Chicago Press]]
|year=1997
|isbn=0-226-80794-0
}}</ref> Instead, the spin angular momentum is a purely quantum mechanical phenomenon. Because its value is always the same, it is regarded as an intrinsic property of electrons, and is sometimes known as "intrinsic angular momentum" (to distinguish it from orbital angular momentum, which can vary and depends on the presence of other particles).
ForUntuk electronselektron thereada aredua twonilai possibleyang valuesmungkin forbuat momentum sudut spin angularyang momentumdiukur measuredsepanjang alongsebuah an axissumbu. Hal Theini samejuga isberlaku true for theuntuk [[proton]] and thedan [[neutron]], whichyang aremerupakan compositepartikel particleskomposit madeyang upterdiri ofatas threetiga [[quarkskuark]] each (whichyang aremasing-masingnya merupakan themselvespartikel [[spin-½|spin-{{frac|1|2}}]] particles). Partikel lain memiliki nilai-nilai spin yang mungkin. <!--Other particles have a different number of possible spin values. [[Delta baryon]]s ({{SubatomicParticle|Delta++}}, {{SubatomicParticle|Delta+}}, {{SubatomicParticle|Delta0}}, {{SubatomicParticle|Delta-}}), for example, are spin +{{frac|3|2}} particles and have four possible values for spin angular momentum. [[Vector mesons]], as well as [[photons]], [[W and Z bosons]] and [[gluons]] are spin +1 particles and have three possible values for spin angular momentum. -->
ToUntuk describememerikan thepercobaan experimentmenggunakan withpartikel spin +{{frac|1|2}} particlessecara mathematicallymatematis, itlebih ismudah easiestmenggunakan tonotasi use[[bra-ket]] dari [[Paul Adrien Maurice Dirac|Dirac]]'s [[bra-ket]] notation. AsBila thepartikel particlesmelewati passperanti through the Stern–Gerlach deviceStern-Gerlach, they aremereka "being observeddiamati"." TheAksi actpengamatan ofini observationdalam inmekanika quantumkuantum mechanicssetara isdengan equivalentpengukuran. toPeranti measuringpengukuran them.ini Ouradalah observationdetektor, devicedan isdalam thehal detectorini andkita indapat thismengamati casesalah wesatu candari observedua onenilai ofyang two possible valuesmungkin, eitheryaitu spin upatas ordan spin downbawah. TheseIni aredideskripsikan describedoleh bybilangan the angularkuantum momentum quantum numbersudut ''j'', whichyang candapat takebernilai onsalah one of the two possible allowed valuessatu, either +ħ/2 orata −ħ/2. The act of observingPengamatan (measuringpengukuran) correspondsini toberkorespondensi thedengan operator ''J''<sub>z</sub>. InDalam mathematicalpersamaan termsmatematika,
:<math>|\psi\rangle = c_1\left|\psi_{j = +\frac{\hbar}{2}}\right\rangle + c_2\left|\psi_{j = -\frac{\hbar}{2}}\right\rangle. </math>
The constantsKonstanta ''c''<sub>1</sub> anddan ''c''<sub>2</sub> areadalah complexbilangan numberskompleks. The squaresKuadrat ofdari theirnilai [[absolute value]]smutlaknya, (|''c''<sub>1</sub>|<sup>2</sup> anddan |''c''<sub>2</sub>|<sup>2</sup>)determine themenentukan probabilities[[probabilitas]] menemukan thatsalah insatu thedari statedua nilai ''j'' yang mungkin dalamm keadaan <math>|\scriptstyle \psi\rangle</math> one of the two possible values of ''j'' is found. TheKonstanta constantsini mustjuga alsoharus bedinormalisasi normalizedagar inprobabilitas ordermenemukan thatsalah thesatu probabilitynilai ofini findingadalah either one of the values be unity1. HoweverNamun, thisinformasi informationini istidak notcukup sufficientuntuk tomenentukan determine the values ofnilai ''c''<sub>1</sub> anddan ''c''<sub>2</sub>, becausekarena theykeduanya maymungkin insaja factbilangan be complex numberskompleks. Karena Thereforeitu thepengukuran measurementhanya yieldsmenghasilkan onlynilai themutlak absolutenilai valueskonstanta. of the constants.
== 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]]
==Sequential experiments==
If we link multiple Stern–Gerlach apparatuses, we can clearly see that they do not act as simple selectors, but alter the states observed (as in [[photon polarization|light polarization]]), according to [[quantum mechanics|quantum mechanical]] laws
<ref>
{{cite book
<center>[[Image:Sg-seq.svg]]</center>
{{clr}}
==History==
}}</ref>
==Impact Dampak ==
Percobaan Stern-Gerlach berdampak besar kepada fisika modern:
*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.
The Stern–Gerlach experiment had one of the biggest impacts on modern physics:
*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]]. '''[[Osilasi Rabi]]''' ini adalah mekanisme kerja perlengkapan [[Magnetic Resonance Imaging]] yang ditemukan di rumah sakit.
*In the decade that followed, scientists showed using similar techniques, that the nuclei of some atoms also have quantized angular momentum. It is the interaction of this nuclear angular momentum with the spin of the electron that is responsible for the [[hyperfine structure]] of the spectroscopic lines.
* [[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]].
*In the thirties, using an extended version of the Stern–Gerlach apparatus, [[Isidor Rabi]] and colleagues showed that by using a varying magnetic field, one can force the magnetic momentum to go from one state to the other. The series of experiments culminated in 1937 when they discovered that state transitions could be induced using time varying fields or [[radiofrequency|RF fields]]. The so called '''[[Rabi oscillation]]''' is the working mechanism for the [[Magnetic Resonance Imaging]] equipment found in hospitals.
* [[Norman F. Ramsey]] later modified the Rabi apparatus to increase the interaction time with the field. The extreme sensitivity due to the frequency of the radiation makes this very useful for keeping accurate time, and it is still used today in [[atomic clock]]s.
* In the early sixties, Ramsey and [[Daniel Kleppner]] used a Stern–Gerlach system to produce a beam of polarized hydrogen as the source of energy for the hydrogen [[Maser]], which is still one of the most popular atomic clocks.
* The direct observation of the spin is the most direct evidence of quantization in quantum mechanics.
* The Stern–Gerlach experiment has become a paradigm of [[Measurement in quantum mechanics|quantum measurement]]. In particular, it has been assumed to satisfy [[Measurement in quantum mechanics#Wavefunction collapse|von Neumann projection]]. According to more recent insights, based on a quantum mechanical description of the influence of the inhomogeneous magnetic field<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>, this can be true only in an approximate sense. Von Neumann projection can be rigorously satisfied only if the magnetic field is homogeneous. Hence, von Neumann projection is even incompatible with a proper functioning of the Stern–Gerlach device as an instrument for measuring spin.
* Pada awal dasawarsa 1960-an, Ramsey dan [[Daniel Kleppner]] menggunakan sebuah sistem Stern-Gerlach untuk menciptakan berkas hidrogen terpolarisasi sebagai sumber energi untuk [[Maser]] hidrogen, yang masih menjadi jam atom paling populer.
==See also==
* Pengamatan langsung spin tersebut merupakan petunjuk paling langsung dari kuantisasi dalam mekanika kuantum
*[[Photon polarization]]
* 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>
*[[Stern-Gerlach-Medaille]]
{{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>, ini hanya bisa benar dalam makna hampiran. Proyeksi von Neumann hanya dapat dipenuhi secara ketat hanya jika medan magnet tersebut homogen. Karena itu proyeksi von Neumann bahkan lebih tidak cocok lagi dengan fungsi sebenarnya peranti Stern-Gerlach sebagai alat untuk mengukur spin.
== Lihat pula ==
-->
*[[Polarisasi foton]]
==Referensi==
| 