20-Discuta dois tipos de evidências experimentais para demonstrar que o elétron possui spin.

Passo 1

O enunciado pede para a gente discutir duas evidências experimentais que mostram que o elétron tem spin. O conteúdo envolve mecânica quântica e magnetismo quântico: vamos usar a experiência de Stern–Gerlach e a ressonância paramagnética eletrônica (ESR) para ver por que só faz sentido admitir um momento angular intrínseco de spin tfrac12.

Passo 2

A experiência de Stern–Gerlach ( 1922) fez assim: um feixe de átomos neutros de prata atravessa uma região com gradiente de campo magnético forte. Se cada elétron tivesse só momento orbital, esperaríamos uma distribuição contínua de deflexões. Em vez disso, o detector mostrou duas regiões separadas.
Isso indica que cada átomo traz um momento magnético intrínseco com apenas dois valores de projeção ( +mu e -mu). Para explicar numericamente a separação observada foi necessário atribuir ao elétron um spin s=tfrac12, pois só assim se obtém exatamente dois estados de projeção de momento angular ms=+tfrac12 e ms=-tfrac12.

Passo 3

A ressonância paramagnética eletrônica (ESR) é uma técnica que mede diretamente transições de spin entre esses dois estados num campo externo B. Varre-se o campo até que a energia de um fóton de micro-ondas satisfaça
hbaromega = g,muB,B,
onde muB é o magnetão de Bohr e gapprox2,0023 é o fator g do elétron. O fato de observarmos um pico de absorção muito nítido e um valor de g próximo de 2 — incompatível com momento orbital puro — confirma que esse momento magnético vem de um spin intrínseco de magnitude raizs(s+1)hbar com s=tfrac12.

Resposta

1 Experiência de Stern–Gerlach: feixe de átomos neutros se separa em duas componentes, evidenciando dois estados de momento magnético atrelados ao spin 12.
2 Ressonância paramagnética eletrônica (ESR): absorção de micro-ondas em um campo magnético segue hbaromega = g,muB,B com gapprox2, confirmando spin intrínseco do elétron.

Exercícios relacionados