封面说明

1922年，斯特恩和盖拉赫设计并实现了现在以他们两人名字命名的斯特恩-盖拉赫实验(Stern-Gerlach experiment)，首次证实了原子磁矩在磁场中的取向是量子化的[1-2].这一实验结果不仅对于电子具有自旋自由度的假设给予了直接的实验验证，而且在量子力学的哥本哈根解释的建立过程中发挥了不可替代的作用.今年是这一具有里程碑意义的实验结果发表一百周年.本刊以他们的实验装置的示意图作为今年的封面，以致纪念.

奥托·斯特恩(Otto Stern)于1888年2月17日生于德国索劳(Sohrau，即现在波兰境内的Zory).早年在德国的普伦茨劳大学(University of Breslau )学习，1912年获得博士学位.毕业后，与爱因斯坦一道先后在捷克的布拉格大学(University of Prague)和瑞士的苏黎世联邦高工(E.T.H., Zurich)工作.1914年，任德国法兰克福大学(University of Frankfurt-am-Main)理论物理学讲师.1923年，任德国汉堡大学(University of Hamburg)物理化学教授，并担任实验室主任.他长期从事利用分子束流技术研究分子性质的实验工作.1933年希特勒上台后，斯特恩因自己的犹太人身份而被迫离开德国，并移居美国，任卡内基技术学院(The Carnegie Institute of Technology)物理学教授.1943年，他因发展了分子束方法，并测量质子的磁矩等方面的贡献获诺贝尔物理学奖.1969年8月17日在美国加州伯克利逝世.

瓦尔特·盖拉赫(Walther Gerlach)于1889年8月1日生于德国比布里希(Biebrich).1908年进入德国图宾根大学(University of Tubingen)学习，1912年获博士学位.1916年任图宾根大学讲师，1921年任德国法兰克福大学(University of Frankfurt)教授，1925年任图宾根大学教授，1929年任德国慕尼黑大学(University of Munich)教授.二次大战期间，他仍留在德国从事研究工作.战后，盖拉赫曾任联邦德国波恩大学(University of Bonn)客座教授，以及慕尼黑大学教授.1979年8月10日在慕尼黑逝世.盖拉赫在有关电磁辐射场、光谱学和量子理论等研究领域都有贡献，著有《量子论基础》、《磁学》、《人和自然》和《开普勒与哥白尼学说》等书籍.

在1922年，量子力学尚未建立.物理学家们仍在利用由玻尔引入，索末菲尔德改进的老的量子论来研究复杂原子的光谱，特别是在有外磁场情况下的反常塞曼效应.根据这一理论，一个原子中电子轨道角动量在外磁场方向上的投影值应该是分立的，称为空间量子化(Space quantization).有趣的是，尽管物理学家们是根据这一结果来计算原子能级在外磁场中的分裂值的，却没有人相信空间量子化现象是实验上可以直接观测的.但斯特恩相信，可以利用他发展起来的分子束方法来验证这一理论.为此，他与盖拉赫一起设计了如下的实验装置：将金属银在炉内加热，蒸发出银原子，使之通过狭缝形成细束，并经过一个磁场梯度垂直于射束方向的不均匀区域，最终凝结在一块显像板上(当然，整个实验装置是处于一个抽成真空的环境内的).若原子中的电子具有不为零的角动量，则它也具有磁矩μ，故受到一个与其在外磁场方向的投影成正比的力:

由于物理学家们当时相信，处于银原子最外层轨道上的电子具有轨道角动量L=1，故其在外磁场方向上的有效投影值只有两个(投影值为零的轨道被认为是不存在的)，那么在显像板上应该显现出上、下两条分立的斑迹.斯特恩-盖拉赫实验的结果证实了这一理论预言，尽管后人发现，真正导致分立斑迹出现的实际上是电子的自旋自由度，而非其轨道角动量[3].

有关斯特恩-盖拉赫实验进行过程中所遇到的种种困难以及一些逸闻趣事的回顾，可参见文献[4].