Vào năm 1921, Otto Stern (1888 – 1969)cùng với Walter Gerlach (1889 – 1969)đã tiến hành nghiên cứu chuyển độngcủa các nguyên tửtrong từ trường, sau này được gọi là thí nghiệm Stern – Gerlach. Hai ông đã thực hiện thí nghiệm như sau: một chùm nguyên tử bạc5được dẫn đi qua một dãy các lỗ như Hình 1.3. Sau đó, nó được cho đi qua một từ trường không đều. Từ trường không đều này được tạo ra từ một nam châm với một cực tạo thành đỉnh nhọn và cực còn lại bằng phẳng. Hình ảnh hiện ra được thu nhận trên một tấm kính ảnh. Kết quả mà Stern và Gerlach thu được là hai vạch riêng rẽ thay vì là một đốm tối trên tấm kính ảnh như vật lý cổ điển dự đoán [29].
21
Hình 1.3Mô hình thí nghiệm Stern – Gerlach6
.
Trước đó sáu năm, Einstein và Wander de Haas (1878 – 1960) đã thực hiện thí nghiệm nhưHình 1.4. Treo một thanh sắt từ vào một sợi dây thủy tinh. Thanh này được từ hóa nhờ có một dòng điện chạy qua cuộn dây bao quanh nó. Trên sợi dây thủy tinh có gắn một cái gương. Ánh sáng đi vào gương từ một cái đèn cho tia phản xạtạo thành hình ảnh trên một tấm kính ảnh. Khi dòng điện thay đổi thì momen từ µthay đổi, mà
µcó liên hệ với mômen động lượng L
.Do đó, mômen động lượng L
cũng thay đổi kéo theo dây thủy tinh bị dao động, hình ảnh thu được sẽ mở rộng thành một dải. Độ rộng của dải được xác định là gấp đôi độ lệch. Như vậy, ta có thể xác định được L
và kiểm nghiệm được tỉ số
L
µ
dựa vào độ lệch. Thực nghiệm đã xác nhận tỉ số này có giá
6 © Copyright http://wdb.ugr.es.
22 trị
e
e m
− . Tuy nhiên, theo lý thuyết của HendrikLorentz (1853 – 1928) thì tỉ số này phải
là 2 e
e m
− [13].
Hình 1.4 Mô hình thí nghiệm Einstein – de Haas7
.
Để giải thích kết quả thí nghiệm Stern – Gerlach, George Uhlenbeck (1900 – 1988) và Samuel Goudsmit (1902 – 1978) đề xuất sự tồn tại của một tính chất nội tại bên trong electron mà hai ông gọi là spin. Không những giải thích được thí nghiệm của Stern – Gerlach, spin còn giải thích được thí nghiệm của Einstein – de Haas nếu xem spin có cùng bản chất và cũng lượng tử hóa giống hệt như mômen động lượng quĩ đạo. Sau này, các nhà vật lý đã chỉ ra rằng các vi hạt khác cũng có spin[41].