37
магнитное поле поток атомов серебра, находящихся в основном s- состоянии.
Так как у электронов с орбитальным квантовым числом l=0 собственный
магнитный момент отсутствовал (если L=0, то и p
m
=0), то магнитное поле не
должно было оказывать на них никакого влияния. Однако на опыте
наблюдалось разделение исходного потока электронов на два. Это расщепление
потока атомов серебра происходит именно благодаря тому, что электрон,
находящийся в s- состоянии, обладает собственным магнитным моментом
связанным со спином.
Дальнейшие исследования показали, что наглядное представление спина
как момента импульса, связанного с вращением электрона, не соответствует
действительности.
С учетом магнитного спинового квантового числа состояние электрона в
атоме определится набором четырех квантовых чисел:
n, l, m , s.
2. Физика твердого тела
Элементы квантовой статистики
Система, состоящая из огромного числа частиц, подчиняется
статистическим законам. В отличие от классической статистической физики, в
которой одинаковые частицы различимы, квантовая статистика стоит на точке
зрения принципиальной неразличимости тождественных частиц. Согласно
квантовой теории, частицы делятся на два класса. К первому классу относятся
частицы с полуцелым спином ( электроны, протоны, …). Эти частицы
подчиняются статистике Ферми-Дирака и называются фермионами. Ко
второму классу относятся все частицы с нулевым и целым спином (фотоны,
мезоны, …). Эти частицы подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и
называются бозонами. В статистике Ферми-Дирака принимается, что в каждом
квантовом состоянии может находиться не более одной частицы ( принцип
Паули). Статистика Бозе-Эйнштейна допускает, что в каждом квантовом
состоянии может находиться любое число частиц.
В металле, как будет показано ниже, электроны могут иметь энергии в
виде определенного набора энергетических уровней. Согласно принципу
Паули, на каждом энергетическом уровне может одновременно находиться не
больше двух электронов с противоположными спинами ( состояние каждого
электрона определяется своим набором четырех квантовых чисел). В
соответствии с этим правилом, при T = 0 К электроны последовательно
заполняют уровни (по два на каждом) по мере роста энергии. Самый верхний
занятый электронами уровень ( при T = 0 К) называется уровнем Ферми. Он
соответствует максимальной кинетической энергии, которой обладает
электрон в металле при абсолютном нуле температур. Данная энергия
называется соответственно энергией Ферми Е
F
при T =0 К.