Richtungsquantelung

Als Richtungsquantelung wird ein Phänomen der Quantenmechanik bezeichnet, nach dem der Vektor eines Drehimpulses nur ganz bestimmte diskrete Richtungen bezüglich einer ausgezeichneten Achse, wie sie z. B. durch die Richtung eines Magnetfeldes gegeben ist, einnehmen kann.

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Für einen Drehimpuls mit der Quantenzahl J existieren genau 2J+1 mögliche Richtungen, denen die sog. magnetischen Quantenzahlen mit einem Wertebereich von -J bis +J in Schritten von 1 entsprechen.

Die Richtungsquantelung wurde erstmals 1922 im Stern-Gerlach-Versuch nachgewiesen. Hier zeigte sich bei einem Atomstrahl aus Silberatomen eine zweifache Aufspaltung der Richtung im Magnetfeld. Ursache ist hier der Spin der Silberatome vom Wert S=1/2; für die Richtung gibt es 2S+1=2*1/2+1=2 Möglichkeiten (Multiplizität), entsprechend den beiden möglichen magnetischen Quantenzahlen -1/2 und +1/2.

Anwendungen

Eine technisch wichtige Anwendung findet die Richtungsquantelung in der Cäsium-Atomuhr, bei der ganz bestimmte Hyperfeinstruktur-Zustände durch ein Magnetfeld selektiert werden.