Spin

Spin je osnovna osobina elementarne čestice, poput mase i naelektrisanja. Pošto je kvantno-mehaničke prirode ne može se opisati makroskopski. Najpribližnije se može shvatiti kao mehanički moment, tj, kao da se čestica ponaša kao mala čigra.

Spin ima dimenzije dejstva, a izražava se kao umnožak Plankove konstante {\displaystyle \hbar } i spinskog kvantnog broja.

Pored elementarnih čestica spin mogu posedovati i njihove kombinacije, recimo, atomska jezgra pa se onda govori o nuklearnom spinu. Nuklearni spin je kombinacija spinova protona i neutrona od kojih je jezgro načinjeno.

Isto tako, orbite elektrona u atomima i molekulima mogu imati spin.

Čestice sa celobrojnim spinskim kvantnim brojem su bozoni, a sa polucelim fermioni.

U okviru kvantne mehanike čestice posjeduju vlastiti (intrinsični) kutni impuls. Ovaj kutni impuls je kvantiziran, tj. može poprimiti samo strogo određene vrijednost i naziva se spin. Zbog svojih osobitih svojstava, spin se nikako ne može jednostavno objasniti kružnim gibanjem tj. rotacijom čestice u okvirima klasične mehanike. Pokazuje se prikladnim prilikom prikaza spina u u okviru kvantne mehanike uvesti bezdimenzionalnu veličinu “spinskog kvatnog broja” s, koja može poprimiti vrijednost cijelih (s = 0, 1, 2…) ili polu-cijelih (s = 1/2, 3/2…) brojeva. Čestice sa cjelobrojnim spinskim brojem su bozoni, a oni sa polucijelim su fermioni. Iznos kutnog impulsa može poprimiti samo vrijednosti zadane 

{\displaystyle L^{2}=\hbar ^{2}\,{s(s+1)}}

Gdje je {\displaystyle \hbar } reducirana Planckova konstanta.

Osim kvantizacije iznosa spina, kvantiziran je i iznos projekcije spina sz na neku proizvoljno odabranu z os, koja može poprimiti samo vrijednosti:

{\displaystyle L_{z}=\hbar s_{z},\qquad s_{z}=-s,-s+1,\cdots ,s}

Zbrajanje spina i orbitalnog kutnog impulsa u okviru kvantne mehanike također se vrši na specifičan način.

Čestice koje posjeduju spin, mogu posjedovati intrinsični magnetni moment μ, tako da za česticu naboja q, mase m, i spina s vrijedi:

{\displaystyle \mu =g\,{\frac {q}{2m}}\,s}

Ovdje je g veličina zvana žiromagnetski omjer ili Landeov g faktor, koji za elektron iznosi oko 2,0023. Intrinsični magnetni moment čestice nemože se objasniti u okviru klasične fizike i klasične elektrodinamike, npr. kao jednostavna rotacija nabijene čestice naboja e sa kutnim impulsom iznosa L. Za povezivanje veličina s i μ potrebno je tumačenje u okviru kvantne elektrodinamike.

Pod pojmom spin često se osim kutnog impulsa podrazumjeva zapravo sam spinski kvantni broj s, ili čak intrinsični magnetni moment čestice.

U Engleskom jeziku riječ “spin” ima više značenja, od kojih mnoga nemaju nikakve veze sa fizikom. U okviru fizike, literatura na Engleskom pojam “spin” koristi kao naziv za vlastiti (intrinsični) kutni impuls, odnosno kutni impuls povezan sa rotacijom tijela oko njegovog vlastitog centra mase, bilo u okviru klasične ili kvante fizike. U Hrvatskom jeziku pojam spin fizika koristi isključivo u okviru kvantne mehanike.

Izvor: Wikipedia

Advertisements