In der Quantenmechanik und Teilchenphysik ist Spin eine intrinsische Form des Drehimpulses, der von Elementarteilchen, Verbundteilchen (Hadronen) und Atomkernen getragen wird. 19659003] Der Spin ist eine von zwei Arten des Drehimpulses in der Quantenmechanik, der andere ist der orbitale Drehimpuls . Der Orbital-Drehimpulsoperator ist das quantenmechanische Gegenstück zum klassischen Drehimpuls der Orbitalumdrehung und erscheint, wenn seine Wellenfunktion bei schwankenden Winkeln periodisch strukturiert ist. [3][4] Die Existenz eines Spin-Drehimpulses wird aus Experimenten wie z das Stern-Gerlach-Experiment, bei dem beobachtet wurde, dass Silberatome zwei mögliche diskrete Drehimpulse besitzen, obwohl sie keinen Bahndrehimpuls haben. [5]
In gewisser Weise ähnelt der Spin einer Vektorgröße. es hat eine bestimmte Größe und eine "Richtung" (durch Quantisierung unterscheidet sich diese "Richtung" jedoch von der Richtung eines gewöhnlichen Vektors). Alle Elementarteilchen einer bestimmten Art haben die gleiche Größe des Spin-Drehimpulses, was durch Zuweisung der Spin-Quantenzahl des Partikels angegeben wird. [2]
Die SI-Einheit des Spin ist die (N · m · s) oder (kg · m) 2 s -1 ), genauso wie beim klassischen Drehimpuls. In der Praxis wird der Spin als dimensionslose Spinquantenzahl angegeben, indem der Spin-Drehimpuls durch die reduzierte Planck-Konstante geteilt wird, die die gleichen Einheiten des Drehimpulses hat, obwohl dies nicht die volle Berechnung dieses Wertes ist . Sehr oft wird die "Spinquantenzahl" einfach als "Spin" bezeichnet, wobei ihre Bedeutung als die einheitlose "Spinquantenzahl" aus dem Kontext abgeleitet wird.
In Kombination mit dem Spinstatistiksatz ergibt sich aus dem Spin von Elektronen das Pauli-Ausschlussprinzip, das wiederum dem Periodensystem der chemischen Elemente zugrunde liegt.
Wolfgang Pauli schlug 1924 als erster eine Verdoppelung der Elektronenzustände aufgrund einer zweiwertigen nichtklassischen "versteckten Rotation" vor. [6] 1925 schlugen George Uhlenbeck und Samuel Goudsmit an der Universität Leiden die einfache physikalische Interpretation vor eines um seine eigene Achse rotierenden Partikels, im Sinne der alten Quantentheorie von Bohr und Sommerfeld. [7] Ralph Kronig nahm das Uhlenbeck-Goudsmit-Modell in Gesprächen mit Hendrik Kramers einige Monate zuvor in Kopenhagen vor, veröffentlichte es jedoch nicht. 19659011] Die mathematische Theorie wurde 1927 von Pauli eingehend ausgearbeitet. Als Paul Dirac 1928 seine relativistische Quantenmechanik ableitete, war der Elektronenspin ein wesentlicher Bestandteil davon.
Quantenzahl [ edit ]
Wie der Name vermuten lässt, wurde Spin ursprünglich als Drehung eines Partikels um eine Achse verstanden. Dieses Bild ist insofern korrekt, als der Spin den gleichen mathematischen Gesetzen gehorcht wie das quantisierte Drehimpuls. Auf der anderen Seite hat der Spin einige besondere Eigenschaften, die ihn von den Drehimpulsen der Umlaufbahn unterscheiden:
Die herkömmliche Definition der Spin-Quantenzahl s ist s = n 2 2
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