Spin

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

În fizică şi chimie, spinul este un moment cinetic propriu a unei particule elementare. În mecanica clasică, impulsul unghiular al unui corp este asociat cu rotaţia corpului în jurul propriului său centru de masă. În mecanica cuantică, spinul este deosebit de important pentru sistemele de dimensiuni atomice, cum ar fi atomii, protonii, sau electronii. Astfel de particule au anumite caracteristici neclasice iar pentru ele, impulsul unghiular intrinsec nu poate fi asociat cu o rotaţie ci se referă doar la prezenţa impulsului unghiular. Conceptul de spin pentru particule elementare a fost propus iniţial de Ralph Kronig, George Uhlenbeck, and Samuel Goudsmit, în 1925.

[modifică] Generalităţi

Una dintre cele mai remarcabile descoperiri asociate cu fizica cuantică este faptul că particulele elementare pot avea impuls unghiular nenul. Particulele elementare sunt particule ce nu pot fi divizate în unităţi mai mici, cum ar fi fotonul, electronul, şi diferitele quarkuri. Studii teoretice şi experimentale au arătat că spinul acestor particule nu poate fi explicat prin postularea ideii că ele sunt compuse din particule şi mai mici care se rotesc în jurul unui centru comun de masă; din câte se ştie, aceste particule elementare sunt cu adevărat punctiforme. Spinul lor este o proprietate fizică intrinsecă a acestor particule, din aceeaşi categorie cu masa sau sarcina electrică.

Conform mecanicii cuantice, impulsul unghiular al oricărui sistem este cuantificat. Modulul impulsului unghiular S, poate lua valori doar conform acestei relaţii:

unde este constanta lui Planck redusă, iar s este un număr nenegativ întreg sau semiîntreg (0, 1/2, 1, 3/2, 2, etc.). De exemplu, electronii (care sunt particule elementare) sunt denumite particule cu "spin-1/2" deoarece spinul lor este s = 1/2.

Spinul fiecărei particule elementare are o valoare s fixă care depinde doar de tipul particulei, şi nu poate fi modificat prin niciun mijloc cunoscut (deşi este posibil să fie modificată direcţia vectorului impuls unghiular). Fiecare electron are s = 1/2. Alte particule elementare cu spin-1/2 sunt neutrinii şi quarkurile. Pe de altă parte, fotonii sunt particule cu spin 1, iar gravitonul (particulă ipotetică) are spinul 2. Altă particulă ipotetică, bozonul Higgs este unică între particulele elementare, având spinul zero.

Spinul particulelor compuse, cum ar fi protonii, neutronii, nucleii atomici, şi atomii, este alcătuit din spinurile particulelor constituente, iar impulsul lor unghiular este suma dintre spinul particulelor şi impulsul unghiular orbital al mişcărilor acestor particule componente unele în jurul celorlalte. Condiţia de cuantificare a impulsului unghiular se aplică atât particulelor elementare cât şi celor compuse. Se spune despre unele particule compuse că au un spin definit, ca şi cele elementare; de exemplu, protonul are spinul 1/2. Prin aceasta se înţelege spinul stării interne de energie minimă a particulei compuse.