Einsteinův-de Haasův pokus

Úvod

K vysvětlení magnetismu látek se v 19. století používala představa A. M. Ampéra (1775–1836), že v magnetickém materiálu musí protékat tzv. molekulární proudy (zkrátka elektrické náboje pohybující se ve smyčkách), které magnetické pole kolem daného materiálu budí, podobně jako v okolí elektromagnetu (cívky, solenoidu) vzniká magnetické pole, protéká-li jeho závity elektrický proud.

Srovnání s elektromagnetem Srovnání s elektromagnetem
Magnetické pole generované závity elektromagnetu protékanými el. proudem (stačil by jediný závit) Magnetické pole generované elementární proudovou smyčkou (molekulární či atomární)

Na základě této Ampérovy hypotézy o elementárních (molekulárních či atomových) proudových smyčkách A. Einstein navrhl experiment, který měl prokázat, že původcem molekulárních proudů v magnetickém materiálu jsou elektrony (objevené W. Thomsonem v roce 1897), jak se to už dříve rovněž domníval H. A. Lorentz (1853–1928).

Výsledky experimentů provedených po roce 1910 A. Einsteinem (1879–1955) a W.  J. de Haasem (1878–1960) však ukázaly, že skutečnost je mnohem složitější. Roli tu navíc hraje vedle orbitálního magnetického momentu i tehdy neznámý vlastní magnetický moment elektronu – tzv. spin, objevený Uhlenbeckem a Goudsmitem až v roce 1925.

A. Einstein W. J. de Haas

Vedle historického významu nám Einsteinův – de Haasův pokus pomáhá objasnit pojem spin, resp. že vlastní magnetický moment má stejné účinky a povahu jako klasický orbitální magnetický moment – tedy že oba příspěvky podobným způsobem určují a ovlivňují chování látky v magnetickém poli. Spin, který nemá klasickou analogii, si tedy alespoň můžeme představovat prostřednictvím magnetických účinků na látku včetně energetické bilance.

V magnetomechanice (nauce o chování látek v magnetickém poli) Einsteinovu – de Haasovu pokusu odpovídá tzv. Richardsonův jev. Pro zajímavost Einsteinův – de Haasův experiment (s výsledky publikovanými v roce 1915) předcházel společně např. se Sternovým – Gerlachovým pokusem (1922) teoretické předpovědi a objevu spinu v roce 1925.

Původní práce:

A. Einstein, W. J. de Haas: Experimenteller Nachweis der Ampereschen Molekularströme, Deutsche Physikalische Gesellschaft, Verhandlungen 17 (1915): 152–170.

A. Einstein, W. J. de Haas: Experimental Proof of the Existence of Ampere's Molecular Currents [v angličtině], Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, Proceedings 18 (1915–16).

 

Tyto stránky a vzdálené experimenty vznikly v rámci projektu č. 957/2012 Výuka kvantové fyziky metodou integrovaného e-learningu, financovaného Fondem rozvoje vysokých škol (www.frvs.cz).

Návrh a stavba nového experimentu řízeného přes Internet byly konzultovány s dr. Rolandem Grögerem a dr. FangQingem Xie, lektory E. – de Haasova pokusu v Karslruher Institute für Technologie.