اشترن

اشترن \eštern\، (در انگلیسی: اِستِرن)، اُتو (1888- 1969 م / 1266- 1348 ش)، دانشمند آلمانی‌تبار آمریکایی. او در 1943 م، به‌سبب ابداع باریکۀ مولکولی، به‌عنوان وسیله‌ای برای مطالعۀ ویژگیهای مولکولها، و نیز به‌سبب اندازه‌گیری گشتاور مغناطیسی پروتون، برندۀ جایزۀ نوبل در فیزیک شد. اشترن و والتر گِرلاخ، دیگر دانشمند آلمانی، آزمایش تاریخی باریکۀ مولکولی را در 1920- 1921 م در دانشگاه هامبورگ انجام دادند. در 1933 م / 1312 ش، اشترن با استفاده از یک باریکۀ مولکولی، گشتاور مغناطیسی پروتون را اندازه گرفت و دریافت که این مقدار در حقیقت 5 / 2 برابر مقداری است که در آن زمان به‌صورت نظری پیش‌بینی می‌شد.
در 1933 م، پس‌از به قدرت رسیدن نازیها، اشترن ناگزیر آلمان را ترک گفت. او به ایالات متحده رفت و در «مؤسسۀ فناوری کارنِگی» در پیتسبرگ، استاد محقق در رشتۀ فیزیک شد و تا زمان بازنشستگی‌اش در 1945 م، در آنجا به‌کار مشغول بود. 
او فیزیک‌دان تجربی برجسته‌ای بود و در زمینه‌های شیمی و فیزیک‌ نظری تحقیق می‌کرد. از کارهای او افزون‌بر موارد ذکرشده، می‌توان به‌کشف کوانتش فضایی، اندازه‌گیری گشتاور مغناطیسی اتمی و اثبات طبیعت موجی اتمها و مولکولها اشاره کرد.

آزمایش اشترن ـ گرلاخ

این آزمایش که نشان می‌دهد ذرات اتمی و زیراتمیِ دارای قطبیت مغناطیسی، جهتهای فضایی گسسته و مشخصی را برمی‌گزینند، نخستین‌بار در 1922 م توسط این دو فیزیک‌دان آلمانی انجام شد. در این آزمایش، باریکه‌ای از اتمهای خنثای نقره، نخست از میان ردیفی از شکافهای منظم، و سپس از یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت (ناهمگن) گذرانده، و سرانجام، روی صفحۀ شیشه‌ایِ سردی تابانده شد. اتم نقره اگرچه ازلحاظ الکتریکی خنثى است، ولی به‌سبب اسپین خنثى‌نشدۀ یکی از الکترونهایش، مثل یک عقربۀ کوچک مغناطیسی که دارای قطب شمال و جنوب است، عمل می‌کند.
در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، مغناطیس اتمیِ نقره، یا دوقطبی مغناطیسی آن، تنها حرکت تقدیمی انجام می‌دهد، ولی در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت، نیروهای وارد بر قطبهای شمال و جنوب یکسان نیستند و اتم نقره تحت تأثیر نیروی برآیند کوچکی منحرف می‌شود. اندازه و جهت این نیرو بستگی به زاویۀ دوقطبی اتم نقره نسبت به میدان مغناطیسی غیریکنواخت دارد. هرگاه در غیاب میدان غیریکنواخت، باریکه‌ای از اتمهای خنثای نقره از دستگاه اشترن ـ گرلاخ گذرانده شود، روی صفحه تنها خطی باریک، به شکل شکاف پدیدار خواهد شد. اکنون چنانچه یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت نیز اعمال شود، این خط  باریک در امتداد طول خود به دو نقطه شکافته می‌شود و معنای آن این است که اتمهای نقره تنها دو جهت مشخص را در فضا برگزیده‌اند، حال آنکه اگر اتمهای نقره جهتهای فضایی را تصادفی اختیار می‌کردند، خط روی پرده می‌باید به لکه‌ای پهن که نشان‌دهندۀ جهتهای گوناگون انحراف اتمهای نقره باشد، تبدیل می‌شد. این جهت‌گیریِ کاملاً محدود که اصطلاحاً کوانتش فضا خوانده می‌شود، در مورد ذرات اتمی و زیراتمی دیگری که اسپین (تکانۀ زاویه‌ای) و درنتیجه، قطبیت مغناطیسی غیر صفر دارند نیز، هنگام گذشتنشان از میدانهای مغناطیسی غیریکنواخت، دیده می‌شود.

مآخذ

Americana, 2006; Britannica, 2008; Columbia, 6th edition; Encarta, 2008. 

بخش علوم پایه و مهندسی