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
.
Passo 2
A experiência de Stern–Gerlach (
) 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 ( e
). Para explicar numericamente a separação observada foi necessário atribuir ao elétron um spin
, pois só assim se obtém exatamente dois estados de projeção de momento angular
e
.
Isso indica que cada átomo traz um momento magnético intrínseco com apenas dois valores de projeção (
Passo 3
A ressonância paramagnética eletrônica (ESR) é uma técnica que mede diretamente transições de spin entre esses dois estados num campo externo
. Varre-se o campo até que a energia de um fóton de micro-ondas satisfaça
onde
é o magnetão de Bohr e
é o fator
do elétron. O fato de observarmos um pico de absorção muito nítido e um valor de
próximo de
— incompatível com momento orbital puro — confirma que esse momento magnético vem de um spin intrínseco de magnitude
com
.