Otto Stern

Al año siguiente, Stern aceptó una posición similar en física teórica en la Universidad de Frankfurt am Main, pero casi inmediatamente fue llamado al servicio militar. Después de la guerra y de un breve período en la universidad de Berlín durante 1918, volvió a Francfort. Allí, pasando de la teoría al experimento, concibió y llevó a cabo el primero de los experimentos con haces atómicos y moleculares que le dieron reputación internacional y, en última instancia, el Premio Nobel en 1943.

Stern descubrió que los electrones que giraban alrededor del núcleo de un átomo poseían un "momento angular orbital" y producían un momento magnético a lo largo del eje de rotación. Este momento magnético daba lugar a un campo magnético idéntico al que se establecería mediante un pequeño imán de barra situado sobre el eje de rotación del electrón. Por lo tanto, si un haz de átomos, cada uno con un momento magnético, eras enviado a través de un campo magnético externo no uniforme, cada átomo experimentaría una fuerza neta, cuya magnitud dependería de la orientación del momento magnético del átomo, con respecto a la dirección del campo magnético externo.

En la teoría clásica, todas las orientaciones del momento magnético del átomo son posibles, de modo que el campo externo debe desviar tantos átomos tanto por encima como por debajo de la dirección original del haz, haciendo que simplemente se dispersen. En cambio, utilizando un haz de átomos de plata, Stern y Walter Gerlach descubrieron que el haz ese dividía en dos haces separados, uno por encima y el otro por debajo de la dirección original. Esta observación contradecía completamente la teoría clásica; mostró que no todas las orientaciones del momento magnético del átomo eran posibles; es decir, mostró la existencia de la "cuantización espacial".

En años posteriores, tanto como profesor en Frankfurt y como profesor titular en Rostock y Hamburgo, o (después de huir de la persecución nazi) como profesor investigador de física en el Instituto Tecnológico Carnegie en Pittsburgh, donde permaneció desde 1933 hasta 1945, Stern ideó una serie de distintos experimentos que aprovechaban la técnica de haz atómico y molecular que había desarrollado. Por ejemplo, comprobó la exactitud de la distribución de velocidad de Maxwell-Boltzmann en las moléculas de gas; midió los momentos magnéticos nucleares y el momento magnético del protón; finalmente, observó la naturaleza ondulatoria de los átomos de helio y de hidrógeno difractando los haces de estos átomos.

En 1945, el mismo año en que se retiró y estableció su residencia en Berkeley, California, Stern fue elegido a la Academia Nacional de Ciencias, uno de los tantos  honores que recibió durante el curso de su vida. Murió en Berkeley el 17 de agosto de 1969.