1922年，斯特恩和蓋拉赫設計并實現(xiàn)了現(xiàn)在以他們兩人名字命名的斯特恩-蓋拉赫實驗(Stern-Gerlach experiment)，首次證實了原子磁矩在磁場中的取向是量子化的[1-2].這一實驗結果不僅對于電子具有自旋自由度的假設給予了直接的實驗驗證，而且在量子力學的哥本哈根解釋的建立過程中發(fā)揮了不可替代的作用.今年是這一具有里程碑意義的實驗結果發(fā)表一百周年.本刊以他們的實驗裝置的示意圖作為今年的封面，以致紀念.

奧托·斯特恩(Otto Stern)于1888年2月17日生于德國索勞(Sohrau，即現(xiàn)在波蘭境內的Zory).早年在德國的普倫茨勞大學(University of Breslau )學習，1912年獲得博士學位.畢業(yè)后，與愛因斯坦一道先后在捷克的布拉格大學(University of Prague)和瑞士的蘇黎世聯(lián)邦高工(E.T.H., Zurich)工作.1914年，任德國法蘭克福大學(University of Frankfurt-am-Main)理論物理學講師.1923年，任德國漢堡大學(University of Hamburg)物理化學教授，并擔任實驗室主任.他長期從事利用分子束流技術研究分子性質的實驗工作.1933年希特勒上臺后，斯特恩因自己的猶太人身份而被迫離開德國，并移居美國，任卡內基技術學院(The Carnegie Institute of Technology)物理學教授.1943年，他因發(fā)展了分子束方法，并測量質子的磁矩等方面的貢獻獲諾貝爾物理學獎.1969年8月17日在美國加州伯克利逝世.

瓦爾特·蓋拉赫(Walther Gerlach)于1889年8月1日生于德國比布里希(Biebrich).1908年進入德國圖賓根大學(University of Tubingen)學習，1912年獲博士學位.1916年任圖賓根大學講師，1921年任德國法蘭克福大學(University of Frankfurt)教授，1925年任圖賓根大學教授，1929年任德國慕尼黑大學(University of Munich)教授.二次大戰(zhàn)期間，他仍留在德國從事研究工作.戰(zhàn)后，蓋拉赫曾任聯(lián)邦德國波恩大學(University of Bonn)客座教授，以及慕尼黑大學教授.1979年8月10日在慕尼黑逝世.蓋拉赫在有關電磁輻射場、光譜學和量子理論等研究領域都有貢獻，著有《量子論基礎》、《磁學》、《人和自然》和《開普勒與哥白尼學說》等書籍.

在1922年，量子力學尚未建立.物理學家們仍在利用由玻爾引入，索末菲爾德改進的老的量子論來研究復雜原子的光譜，特別是在有外磁場情況下的反常塞曼效應.根據(jù)這一理論，一個原子中電子軌道角動量在外磁場方向上的投影值應該是分立的，稱為空間量子化(Space quantization).有趣的是，盡管物理學家們是根據(jù)這一結果來計算原子能級在外磁場中的分裂值的，卻沒有人相信空間量子化現(xiàn)象是實驗上可以直接觀測的.但斯特恩相信，可以利用他發(fā)展起來的分子束方法來驗證這一理論.為此，他與蓋拉赫一起設計了如下的實驗裝置：將金屬銀在爐內加熱，蒸發(fā)出銀原子，使之通過狹縫形成細束，并經過一個磁場梯度垂直于射束方向的不均勻區(qū)域，最終凝結在一塊顯像板上(當然，整個實驗裝置是處于一個抽成真空的環(huán)境內的).若原子中的電子具有不為零的角動量，則它也具有磁矩μ，故受到一個與其在外磁場方向的投影成正比的力:

由于物理學家們當時相信，處于銀原子最外層軌道上的電子具有軌道角動量L=1，故其在外磁場方向上的有效投影值只有兩個(投影值為零的軌道被認為是不存在的)，那么在顯像板上應該顯現(xiàn)出上、下兩條分立的斑跡.斯特恩-蓋拉赫實驗的結果證實了這一理論預言，盡管后人發(fā)現(xiàn)，真正導致分立斑跡出現(xiàn)的實際上是電子的自旋自由度，而非其軌道角動量[3].

有關斯特恩-蓋拉赫實驗進行過程中所遇到的種種困難以及一些逸聞趣事的回顧，可參見文獻[4].