Gli atomi, sotto l'effetto di un campo magnetico, hanno comportamenti diversi.

Otto Stern (1888-1969, premio Nobel nel 1943) con Gerlach esaminò tale comportamento quando un fascio di atomi viene fatto passare attraverso un campo magnetico asimmetrico:

Fig.5.1 Passaggio di un fascio di atomi attraverso un campo magnetico asimmetrico Quando si fa passare un fascio atomico attraverso il campo magnetico, si ha talvolta scissione del fascio in più parti, simmetriche rispetto alla direzione originaria; questa scissione può venire rivelata, per esempio, ricevendo il segnale su una lastra fotografica.

Nel grafico seguente è mostrato il comportamento di alcuni atomi, col loro numero atomico e le periodicità di comportamento riscontrabili.

Fig.5.2 Comportamento del fascio atomico di alcuni atomi sottoposto ad un campo magnetico asimmetrico, in funzione del numero atomico.   In alcuni casi il fascio atomico si sdoppia in due raggi simmetrici rispetto al centro (che costituisce il punto di impatto sulla lastra del fascio non deviato) ed equivalenti. In altri casi è insensibile al campo. In altri casi ancora dà luogo a più raggi (cioè diversamente deviati) e comunque con segnali sempre simmetrici rispetto al centro.

Questo fenomeno magnetico si può interpretare pensando a correnti elettriche circolari interne agli atomi; in effetti correnti elettriche circolari sarebbero soggette ad un campo magnetico e ad esse dovrebbe venire associata una grandezza vettoriale, il momento magnetico.

Il vettore momento magnetico ha un valore numerico (o scalare), una direzione e un verso, che dipende dal senso della corrente elettrica.

Fig.5.3 Senso di rotazione dell'elettrone e momento magnetico conseguente.   I vettori che rappresentano il momento magnetico sono simboleggiati, per convenzione, dalle freccette che rappresentano gli spin dell'elettrone.

Poichè le particelle cariche che ruotano (elettroni) hanno una massa, esisterà anche un'altra grandezza vettoriale associata al moto: il momento angolare.

Dall'esperienza di Stern e Gerlach si nota che il fenomeno, per atomi sensibili al campo magnetico è quantizzato (l'effetto mostra direzioni molto specifiche dei raggi in cui si scompone il fascio di atomi e non un effetto continuo): in particolare il momento angolare e il momento magnetico sono quantizzati come orientazione rispetto ai poli del magnete. (Ricordiamo ancora che anche l'E è quantizzata).

Vediamo ora quale può essere, alla luce di questa lunga serie di esperienze, di dati sperimentali e di deduzioni parziali, un modello per un atomo; consideriamo il più semplice, l'atomo di idrogeno.