Спін

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Спін (англ. spinверетено) — фундаментальна характеристика частинки (наприклад атомного ядра чи елементарної частки), яка в деякому відношенні аналогічна «власному моменту імпульсу частинки». Спін є квантовою властивістю частинок і не має аналогів у класичній фізиці. Тоді як класичний момент імпульсу виникає внаслідок обертання масивного тіла зі скінченними розмірами, спін властивий навіть частинкам, які на сьогодні вважаються точковими, і не пов’язаний із жодним обертанням мас всередині такої частки. (Спін неточкових частинок, наприклад атомних ядер чи адронів, є векторною сумою спінів та орбітального моменту імпульсу її складових. Тобто і у цьому випадку спін лише частково пов’язаний з обертальним рухом всередині частинки.)

Спін може набувати лише певні (квантовані) значення:

  • цілі: 0,1,2,3 ...
  • напівцілі: 1/2, 3/2, ...

Спін є важливою характеристикою елементарних часток.

Історія відкриття[ред.ред. код]

Спін електрона відкрили у 1925 Уленбек та Ґоулдсміт, проводячи експерименти з розщеплення пучка електронів у неоднорідному магнітному полі. Вчені сподівалися побачити, як пучок електронів розщепиться на кілька, в залежності від квантованого орбітального моменту. Якби кутовий момент електронів дорівнював нулю, то пучок не розщеплювався, якби кутовий момент дорівнював  \hbar , то пучок розщепився б на три, і т.д., на 2L+1 пучки при кутовому моменті  L \hbar . Результат перевершив усі сподівання: пучок розщепився на два. Пояснити це можна було лише приписавши електрону власний момент  \hbar/2 . Цей власний момент електрона отримав назву спіна. Спочатку думали, що спін відповідає якомусь внутрішньому обертанню електрона, але незабаром Поль Дірак вивів релятивістський аналог рівняння Шредінгера (так зване рівняння Дірака), яке автоматично пояснювало існування спіна зовсім із інших принципів.

Поняття спіна дозволило побудувати теорію періодичної системи, з’ясувати структуру атомних спектрів, пояснити природу ковалентних зв'язків тощо.

Оператор спіну[ред.ред. код]

Математично частинки із ненульовим спіном описуються спінорами — стовпчиками із 2S+1 хвильових функцій, де S — значення спіну. Так частки з нульовим спіном описують однією хвильовою функцією, частки зі спіном 1/2 (наприклад електрони)- двома хвильвими функціями або спінорним полем, частки зі спіном 1 — трьома хвильовими функціями або векторним полем.

Операторами спіну є матриці розмірності (2S+1)x(2S+1), які діють на хвильові функції. У випадку часток із спіном 1/2 оператор спіну пропорційний матрицям Паулі

 \hat{\mathbf{S}} = \frac{\hbar}{2} \hat\mathbf{\sigma} .

Оскільки матриці Паулі не комутують, то одночасно можна визначити лише власні значення однієї із них. Зазвичай вибирають  \sigma_z . Отже, проекція спіну на вісь z для електрона може мати такі значення.

 S_z = \pm \frac{\hbar}{2} .

Про стан із  S_z = \hbar/2 часто говорять, як про стан із спіном направленим вгору, про стан із  S_z = - \hbar/2 говорять, як про стан із спіном, направленим вниз, хоча ці назви цілком умовні, й не відповідають жодним напрямкам у просторі.

У такому випадку, значення інших компонент спіну є невизначеними.

Див. також[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.