德国物理学家，斯特恩（Otto Stern，1888——1969），以.ppt

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1、德国物理学家，施特恩（Otto Stern，18881969），以表彰他在发展分子束方法上所作的贡献和发现了质子的磁矩。,1943年诺贝尔物理学奖得主,学习历程,O.施特恩1888年生于德国的索劳（今波兰的佐里），他是富裕的粮商O.施特恩和E.施特恩夫妇5个孩子中的最长者。在确定自己的专业之前，他探索过好几个领域。例如，他听过索末菲的理论物理课程，也听过拉梅尔（O.Lummer）和普林格希姆（E.Pringsheim）的实验物理课程。玻尔兹曼、克劳修斯和能斯托关于热力学的著作似乎对施特恩产生了影响，使他在布雷斯劳大学专门搞起物理化学来了。1906年开始学习物理化学，1912年在布雷斯劳大学获博

2、士学位。,初出茅庐,施特恩后来说他自己是个“做实验的理论家”。从19121919年，他的科学活动主要是做理论工作，而从19191945年则主要是做实验工作。就理论这一方面，他受到了爱因斯坦的影响。在布拉格，施特恩做了爱因斯坦的博士后助手，1913年他又随爱因斯坦到了苏黎世。在这里，他又受到了爱仑菲斯特和劳厄的影响，并略受玻恩的影响。服役归来后，1919年他在法兰克福开始与玻恩一起工作。在这段时间内，施特恩发表了几篇关于统计力学问题的论文。,施特恩后来兴趣转到分子束方法。1921年他刚刚完成用银原子束检验麦克斯韦分子速度分布的实验，发现分子束方法是一种认识自由粒子性质的有效手段，于是就打算用银原

3、子束通过非均匀磁场，从原子束的偏转找寻空间量子化的证据。空间量子化的概念是索末菲1916年为了描述氢原子在外磁场和外电场作用下的行为而引入量子理论的。空间量子化可以满意地描述斯塔克效应和正常塞曼效应，然而一直没有人能够以实验演示空间量子化的的存在。,明确目标,在这以前索末菲已经预言，对于某些原子，例如氢原子、碱金属原子或者银原子，应该有磁矩，并且若将它们置于磁场中，这些原子的磁矩只能有两种取向：其轴和磁矩与磁场平行或反平行。施特恩认识到，分子束实验能够在经典理论和量子理论之间作出明确的选择：如果经典理论是正确的，那么一细束银原子在通过一非均匀磁场时，只应该变宽；但如果空间量子化理论正确的话，那

4、么原子束就将分裂为互相分离的两束。,摆在施特恩面前的是难以克服的实验难题。正好这时实验物理学家盖拉赫来到了法兰克福。盖拉赫正打算用分子束方法检验铋原子的磁性。两人见面，施特恩向盖拉赫宣传用非均匀磁场分析原子磁矩的可能性与验证空间量子化的意义，极力劝说盖拉赫和自己合作，终于取得了盖拉赫的信任，由此开始了他们之间的多年合作。,不可多得的合作者,实验的困难主要来自真空系统，因为原子束实验对真空的要求相当特殊，为了获得自由飞行的原子束，要在真空中加热，并保持高度真空，这本身就是相互矛盾的；再有，原子束装置的一头是高温，另一头却要进行冷却，以便让原子束凝聚在接收板上。这样一来，用于真空系统的玻璃器皿极易

5、炸裂。一旦炸裂，则前功尽弃。所幸盖拉赫以高度负责的精神投入实验工作，实验人员日夜守候在真空系统前，每次取样，一般要经过48 h的溅射。才能有足够的银原子积沉。经过许多尝试和改进，他们取得了空间量子化存在的确凿证据。他们发表了5篇论文论述了这一工作，这使施特恩在全球声誉鹊起。,艰难的尝试,1921年，施特恩被任命为罗斯托克大学理论物理副教授；1923年，他成为汉堡大学物理化学教授和实验室主任，在那里，他着手组建有影响的分子射线研究实验室。在汉堡，无论在理论上还是实验上，施特恩和泡利都是一对密切的合作者，加之N.玻尔、P.爱仑菲斯特以及其他一些人频繁的访问，使他们继续获得巨大的成功。施特恩从电子到

6、原子和分子，通过实验验证支持了德布罗意19231924年间提出的粒子的波动性假设。施特恩确定了质子磁矩的数值，出乎意料地它是狄拉克所预言的二或三倍。,第二次巨大的突破,1922年施特恩到汉堡大学建立的一个研究分子束的研究所规模并不很大，但它却是分子束研究的中心，在国际上有巨大影响。很多这方面的研究课题都是从这里开始的，并通过人员的交流和互访，扩散到其他国家。从这里开始，分子束技术形成了一套独特的方法，在近代物理学的发展中发挥了重要作用。运用它不但验证了分子速度分布律；实现了分子束的磁致分裂；测量了原子磁矩；还发现了核磁共振；建立了原子钟，发明了微波激射器和光激射器激光。这些研究成果举世瞩目，施特恩开创的分子束实验方法在以后的年代取得了丰硕的成果。,