Спин (физика)
Спин является внутренней формой углового момента , переносимого элементарными частицами и, следовательно, составными частицами ( адронами ) и атомными ядрами . [1] [2]
Спин — это один из двух типов углового момента в квантовой механике, второй — орбитальный угловой момент . Оператор орбитального углового момента является квантово-механическим аналогом классического углового момента орбитального вращения и появляется, когда его волновая функция имеет периодическую структуру при изменении угла. [3] [4] Для фотонов спин является квантово-механическим аналогом поляризации света; для электронов спин не имеет классического аналога. [ нужна ссылка ]
Существование спинового углового момента электрона выводится из экспериментов, таких как эксперимент Штерна-Герлаха , в котором наблюдалось, что атомы серебра обладают двумя возможными дискретными угловыми моментами, несмотря на отсутствие орбитального углового момента. [5] Существование спина электрона также можно вывести теоретически из теоремы о спине и статистике и из принципа запрета Паули — и наоборот, учитывая конкретный спин электрона, можно вывести принцип запрета Паули.
Спин математически описывается как вектор для некоторых частиц, таких как фотоны, и как спиноры и биспиноры для других частиц, таких как электроны. Спиноры и биспиноры ведут себя аналогично векторам : они имеют определенные величины и изменяются при вращении; однако они используют нетрадиционное «направление». Все элементарные частицы данного вида имеют одинаковую величину спинового углового момента, хотя его направление может меняться. На это указывает присвоение частице спинового квантового числа . [2]
Единица спина в СИ такая же, как и в классическом угловом моменте (т.е. Н · м · с , Дж ·с или кг ·м 2 ·с- 1 ). На практике спин задается как безразмерное квантовое число спина путем деления углового момента спина на приведенную постоянную Планка ħ , которая имеет те же размеры , что и угловой момент, хотя это не полное вычисление этого значения. Очень часто «спиновое квантовое число» называют просто «спин». Тот факт, что это квантовое число, является неявным.
Вольфганг Паули в 1924 году первым предложил удвоение числа доступных электронных состояний за счет двузначного неклассического «скрытого вращения». [6] В 1925 году Джордж Уленбек и Сэмюэл Гоудсмит из Лейденского университета предложили простую физическую интерпретацию вращения частицы вокруг собственной оси [7] в духе старой квантовой теории Бора и Зоммерфельда . [8] Ральф Крониг предвосхитил модель Уленбека-Гоудсмита в обсуждении с Хендриком Крамерсом несколькими месяцами ранее в Копенгагене, но не опубликовал. [8]Математическая теория была подробно разработана Паули в 1927 году. Когда Поль Дирак вывел свою релятивистскую квантовую механику в 1928 году, спин электрона был ее существенной частью.
