Utama / Pemulihan

Apa yang belakang

SPIN (putaran Bahasa Inggeris, rotasi literal), sendiri momen kuantiti gerakan zarah asas (elektron, proton, dll). Ia mempunyai sifat kuantum dan tidak dikaitkan dengan k.-l. pergerakan zarah, termasuk tidak bergantung kepada kehadiran atau ketiadaan momen orbital (sudut) bilangan gerakan. Ruang kuantisasi spin menentukan bilangan kuantum s: unjuran spin S dari zarah pada arah yang dipilih Sz boleh mengambil nilai yang diukur dalam unit pemalar Planck Ђ dan sama - sђ, -sђ + ђ,. sђ. Nombor kuantum dipanggil nombor kuantum spin atau hanya spin; ia adalah sama dengan elektron, proton, neutron, neutrino 1/2, untuk foton 1, untuk p-dan k-mesons 0.

Kembali dipanggil juga sendiri momen bilangan gerakan nukleus atom, atom, mol. sistem; dalam kes ini, putaran sistem ditakrifkan sebagai jumlah vektor putaran zarah-zarah individu: S s = S. Oleh itu, putaran nukleus adalah sama dengan nombor integer atau integer setengah (biasanya dilambangkan oleh I), bergantung kepada sama ada nukleus merangkumi bilangan atau bilangan ganjil dan neutron yang ganjil. Sebagai contoh, untuk 1 H I = 1/2, untuk 10 V I = 3, untuk 11 V I = 3/2, untuk 17 O I = 5/2, untuk 16 O I = 0. Untuk atom, Tidak pada dasarnya jumlah putaran elektron mereka adalah S = 0, dalam keadaan teruja pertama, S = 1. Pada masa ini. secara teorinya fizik, ch. arr. dalam teori zarah-zarah asas, spin sering dipanggil momentum total gerakan zarah, sama dengan jumlah orbit dan zarahnya sendiri. momen.

Konsep putaran diperkenalkan pada tahun 1925 oleh J. Uhlenbeck dan S. Gaudsmith, untuk menafsirkan eksperimen. data mengenai pemisahan rasuk atom perak dalam magnitud. bidang itu mencadangkan bahawa elektron boleh dipertimbangkan Sebagai roda berputar berputar di sekitar paksinya dengan unjuran di arah medan yang sama. Pada tahun yang sama, V. Pauli memperkenalkan konsep spin ke dalam matematik. radas mekanik kuantum tidak berkaitan dan merumuskan prinsip larangan, yang menyatakan bahawa dua identiti. zarah dengan spin setengah integer tidak boleh secara bersamaan berada dalam sistem dalam keadaan kuantum yang sama (lihat prinsip Pauli). Mengikut pendekatan V. Pauli, terdapat pengendali s 2 dan sz, to-rye mempunyai sendiri. nilai ђ2 s (s + 1) dan ђsz acc. dan bertindak nat. dipanggil bahagian spin fungsi gelombang a dan b (fungsi berputar) adalah sama seperti pengendali momentum sudut sudut orbit I 2 dan Iz bertindak di atas ruang. sebahagian daripada fungsi gelombang Y (r), di mana r adalah vektor radius zarah. Pengendali s 2 dan sz mematuhi peraturan penggantian yang sama seperti pengendali I 2 dan sayaz.

Persamaan Dirac. Pada tahun 1928, P. Dirac memperlihatkan kewujudan spin berikut dari penyelesaian relativistik (dengan peruntukan untuk ketepatan cahaya cahaya) masalah pergerakan elektron dalam elektromagnetik. bidang. Tahap Dirac secara formal adalah bentuk yang sama dengan tahap Schrodinger:

(t-masa). Pengendali HD, Walau bagaimanapun, ia adalah linear dalam komponen momentum elektron p, dan jika kekuatan medan dicirikan oleh potensi vektor A dengan komponen Ax, Apada, Az dan potensi skalar V, maka

di mana e dan m ialah cas dan jisim elektron yang lain, c adalah kelajuan cahaya. Pengendali Px, ppada, pz mempunyai bentuk biasa:

pekali a x, a pada, a z-4 x 4 matriks (matriks Dirac), matriks 1 unit. Gelombang relativistik f-tion Y D untuk elektron, sama ada zarah lain dengan spin 1/2, mestilah 4 komponen; biasanya menyatakan kesan ini. dengan merakam:

Tahap Dirac sebenarnya adalah sistem 4 peringkat untuk 4 fungsi F i dan Xi, bergantung kepada koordinat x, y dan z dan masa t.

Kewujudan spin sebagai miliknya sendiri. saat kuantiti gerakan elektron mengikuti dari fakta bahawa dalam ketiadaan momen ext. memaksa pengendali HD tidak mengendalikan operator momentum orbital L, sebagai operator H dalam persamaan Schrödinger, tetapi dengan operator J = L + S. Ini bermakna momentum sudut orbital gerakan tidak dipelihara. sebuah elektron, dan hanya jumlah orbital yang disimpan dan ada yang akan ditambah. belakang masa.

Tahap Dirac sangat dipermudahkan pada kelajuan rendah (relatif terhadap kelajuan cahaya). gerakan elektron, apabila dalam had bukan relativistik, apabila jisim elektron menjadi sama dengan jisim lain, X1 dan X2 tergesa-gesa ke sifar, dan pengendali HD masuk ke apa yang dipanggil. Pengendali Breit-Pauli:

di mana s · B = s xInx + s gInpada + s zInz; Inx, Inpada, Inz - komponen magnitud vektor. induksi B = rot A, bersamaan dengan vakum dengan komponen magnet magnitud. bidang H dan s x, s y, s z-Matriks 2x2 (matriks Pauli):

Fungsi gelombang Y BP, yang merupakan penyelesaian persamaan Breit-Pauli, mempunyai dua komponen, berbeza dengan 4 komponen Y D:

Untuk elektron dalam magnitud seragam. Bidang Y BP sentiasa m. Dibentangkan sebagai milik sendiri. fungsi pengendali s 2 dan sz dengan sendiri nilai ² 2 s (s + 1) dan b ђ s, di mana s = 1/2. Seperti itu sendiri. f-tions two: one with his own. nilai-nilai dan yang lain dengan sendiri. nilai dan - Fungsi ini biasanya ditulis dalam bentuk:

di mana simbol a dan a dan b bermakna vektor anda, yang dipanggil. fungsi berputar. Bercakap tentang fungsi mereka. kebergantungan hanya boleh bersyarat, dan rekod yang sering berlaku dalam bentuk a (1) b (2) bermaksud hanya simbol a adalah vektor untuk satu elektron, dan simbol b adalah vektor sepadan untuk elektron kedua.

Momen magnetik spin. Dalam pengendali Breit-Pauli NBP terdapat dua istilah yang secara linear bergantung kepada komponen vektor berpotensi A, mendefinisikan ext. magn. bidang:

Untuk medan homogen A = 1/2 B x r, tanda x menandakan produk vektor, dan

di mana Magneton Bohr. Kuantiti vektor dipanggil magn. momen zarah dengan caj e dan jisim m (dalam kes ini, elektron), kuantiti vektor dipanggil. magnum spin. pada masa ini. Nisbah pekali sebelum s dan l dipanggil g-factor ohm zarah. Untuk proton 1 H (spin I = 1/2), faktor g ialah 5.5854, bagi nukleus 13 C dengan spin yang sama I = 1/2, faktor g adalah sama dengan 1.4042; mungkin dan negatif. faktor g, contohnya: untuk inti 29 Si, faktor g adalah -1.1094 (putaran adalah 1/2). Nilai eksperimen g-faktor elektronis ialah 2.002319.

Bagi kedua-dua elektron tunggal dan sistem elektron atau zarah-zarah lain, spin S berorientasikan relatif kepada arah medan seragam. Sasaran Spin Sz di arah lapangan mengambil nilai 2S + 1: - S, - S + 1,., S. Bilangan dek. unjuran spin naz. kepelbagaian keadaan kuantum sistem dengan spin S.

Magn. medan yang bertindak pada elektron atau nukleus dalam molekul, m. bukan sahaja luaran, ia boleh dicipta oleh orang lain, elektron atau timbul apabila sistem zarah bercas berputar secara keseluruhan. Jadi, interaksi itu. magn. bidang yang dihasilkan oleh elektron i dengan nukleus v membawa kepada penampilan dalam Hamiltonian seorang ahli bentuk:

di mana nv- vektor unit dalam arah vektor radius nukleus Rv, Zv dan Mv-caj dan jisim nukleus. Ahli spesies Iv· Sayai sesuai dengan interaksi spin-orbit, anggota jenis Iv· Si- interaksi spin-spin. Untuk atom dan mol. sistem bersama dengan perkara di atas berlaku dan ahli-ahli berkadar dengan (si· Sj), (Iv· Saya m dsb. Istilah-istilah ini menyebabkan perpecahan energik degenerate. tahap dan juga membawa kepada dek. peralihan tahap, yang menentukan struktur halus dan struktur hiperfin (lihat Spectra Atom, Spektrum Molekul).

Manifestasi eksperimen belakang. Kehadiran spin bukan sifar subsistem elektronik membawa kepada fakta bahawa molekul itu mempunyai magnet seragam. bidang ini mempunyai pemisahan tahap tenaga, dan magnitud pemisahan ini dipengaruhi oleh kimia. struktur molekul (lihat Resonance Paramagnetic Elektron). Kehadiran putaran bukan nukleus atom juga membawa kepada pemisahan peringkat, dan pemisahan ini bergantung pada pemeriksaan ext. bidang yang paling dekat dengan inti (lihat Resonans Magnetik Nuklear). Interaksi spin-orbit. membawa kepada pemisahan kuat tahap-tahap keadaan elektronik, mencapai nilai-nilai perintah beberapa. sepuluh eV dan beberapa lagi. unit eV. Ia terutamanya dinyatakan pada atom unsur-unsur berat apabila menjadi mustahil untuk membicarakan spin tertentu atom atau molekul, tetapi anda hanya boleh bercakap tentang momentum sudut keseluruhan sistem. Rembatan, tetapi tetap ditubuhkan dengan jelas dalam kajian spektrum spin-rotational dan spin-spin interaction.

Untuk kondensat. Kehadiran putaran zarah diwujudkan dalam magnitud. Sv-Vakh persekitaran ini. Dengan t-semula tertentu, keadaan memerintahkan putaran zarah (atom, molekul, ion) yang terletak, sebagai contoh, dalam nod kristal, adalah mungkin. kekisi, dan dengan itu, dikaitkan dengan spins magn. momen yang membawa kepada kemunculan sistem paramagnetisme yang kuat (ferromagnetism, antiferromagnetism). Pelanggaran susunan spin zarah memanifestasikan dirinya dalam bentuk gelombang spin (lihat Bahan Magnetik). Bersama magnit sendiri. momen dengan ayunan elastik persekitaran dipanggil. interaksi spin-phonon (lihat Kimia Bahan Pepejal); ia menentukan kelonggaran putaran-kisi dan penyerapan spin-phonon bunyi.

Satu manifestasi penting peraturan pemilihan yang berkaitan dengan spin dan peraturan larangan. Dengan spin-orbit yang lemah atau interaksi spin-spin. sistem ini mengekalkan secara berasingan masa orbit dan spin atau putaran pelbagai subsistem. Oleh itu, kita boleh bercakap tentang bahagian belakang subsistem nuklear dan subsistem elektron molekul. Interaksi spin-spin yang lemah. elektron dan foton yang dipancarkan (atau diserap) oleh molekul membawa kepada fakta bahawa putaran subsistem elektron dengan kebarangkalian yang tinggi tidak berubah apabila cahaya dipancarkan (diserap), yang membawa kepada kaedah pemilihan untuk peralihan kuantum: pelepasan atau penyerapan cahaya berlaku supaya spin molekul itu dipelihara, iaitu DS = 0. Penjimatan belakang anda juga akan memancarkan. seumur hidup atom dan molekul yang, misalnya, dalam keadaan triplet teruja yang paling rendah, ternyata sangat lama kerana larangan di belakang akan memancarkan. peralihan ke negeri singlet tanah (lihat Luminescence). Dalam kimia fasa gas. p-tions sering mengikuti peraturan yang sama: dalam suatu tindakan interaksi asas. jumlah zarah keseluruhan sistem tidak berubah. Mempelajari peraturan larangan untuk spin dan mencari sebab-sebab yang menyebabkan pelanggaran mereka, membolehkan mendapatkan maklumat penting tentang mekanisme tindak balas dan peranan kesan spin dalam p-tions.

Spin dan ikatan kimia. Pada peringkat awal pembangunan kimia kuantum oleh V. Geitler dan F. London ketika mempertimbangkan molekul H2 pendidikan dia. Ikatan ini berkaitan dengan keupayaan elektron satu atom membentuk pasangan dengan elektron bertentangan dengan spin, atom lain. Oleh itu, satu teori ikatan dua elektron timbul, yang menjadi asas bagi kuantum-kimia. kaedah pengiraan pasangan elektron setempat (lihat kaedah bon Valence). Kesimpulan yang sama ialah kemahiran pendidikan. Kerana kecenderungan untuk berpasangan putaran elektron, ia kemudiannya dirumuskan dalam kaedah orbital molekul. Kenyataan ini sangat hampir. Kualitinya. keadilan m. ia dibenarkan hanya dalam kes-kes di mana perihalan keadaan elektronik sistem boleh digunakan dengan ketepatan yang baik menggunakan fungsi gelombang percubaan, yang sepadan dengan hanya satu skim valensi, atau fungsi kaedah Hartree-Fock yang terhad. Secara umum, kesan berputar pada pembentukan bahan kimia. sambungan itu tidak langsung: keperluan antisymmetry fungsi gelombang elektron membawa kepada sekatan tertentu pada ruang untuk spin molekul tertentu. pengedaran elektron, yang merangkumi perbezaan dalam tenaga negara-negara yang berbeza-beza.

Lit.: Davydov A.S., Mekanika Kuantum, edisi kedua, M., 1973; Messiah A., Kuasa Kuantum, trans. Perancis, 1-2, M., 1978-79; McWeeny R-, Spin dalam kimia, N. Y., 1970. H. F. Stepanov.

Apakah putaran?

Bertentangan dengan kepercayaan popular, spin adalah fenomena kuantum murni. Dan putaran yang lebih tidak berkaitan dengan "putaran zarah" di sekelilingnya.

Untuk memahami dengan betul apa spin, mari kita mula memahami apa yang zarah itu. Daripada teori medan kuantum, kita tahu bahawa zarah adalah jenis pengujaan tertentu dari negeri utama (vakum) yang mempunyai sifat tertentu. Khususnya, beberapa kegembiraan ini mempunyai massa yang sangat mengingatkan kita tentang jisim tradisional Newton. Sebahagian daripada kegembiraan ini mempunyai caj yang tidak sifar, yang diperoleh begitu serupa dengan pertuduhan dari undang-undang Coulomb.

Di samping sifat-sifat yang mempunyai analog mereka dalam fizik klasik (jisim, caj), ternyata (dalam eksperimen) bahawa kegembiraan ini harus mempunyai harta lain yang sama sekali tidak ada analog dalam fizik klasik. Saya akan memberi tumpuan kepada satu lagi masa ini: TIDAK analog (ini bukan putaran zarah). Dalam pengiraan, ternyata bahawa spin ini bukanlah ciri skalar zarah, seperti jisim atau caj, tetapi yang lain (tidak vektor).

Ternyata spin adalah ciri dalaman pengujaan seperti ini, yang oleh sifat matematiknya (undang-undang transformasi, misalnya) sangat mirip dengan momen kuantum.

Kemudian kami pergi. Ternyata sifat-sifat kegembiraan itu, fungsi gelombang mereka, sangat bergantung pada magnitud putaran ini sendiri. Oleh itu, zarah dengan spin 0 (sebagai contoh, boson Higgs) boleh digambarkan oleh fungsi gelombang satu komponen, dan untuk zarah dengan spin 1/2, perlu ada fungsi dua komponen (fungsi vektor) sepadan dengan unjuran spin pada paksi ini 1/2 atau -1/2. Ia juga berpaling bahawa spin membawa perbezaan asas antara zarah. Jadi bagi zarah dengan spin integer (0, 1, 2) terdapat undang-undang pengedaran Bose-Einstein, yang membolehkan banyak zarah sewenang-wenang berada dalam keadaan kuantum yang sama. Dan untuk zarah dengan spin setengah integer (1/2, 3/2), kerana prinsip pengecualian Pauli, pengedaran Fermi-Dirac berkuat kuasa, melarang dua zarah daripada berada dalam keadaan kuantum yang sama. Terima kasih kepada yang terakhir, atom mempunyai tahap Bohr, kerana komunikasi ini mungkin dan oleh itu, kehidupan mungkin.

Apakah spin dalam fizik: momentum sudut, boson, fermion

Jadi, kita benar-benar abstrak dan lupa apa-apa definisi klasik. Untuk spin adalah konsep yang wujud semata-mata dalam dunia kuantum. Mari kita cuba untuk mencari tahu apa itu.

Spin dan momentum sudut

Spin (dari putaran Bahasa Inggeris - berputar) - momentum momentum sendiri dari zarah asas.

Sekarang mari kita ingat apa momentum sudut dalam mekanik klasik.

Moment impuls adalah kuantiti fizikal yang mencirikan pergerakan putaran, lebih tepatnya, jumlah pergerakan putaran.

Dalam mekanik klasik, momentum sudut ditakrifkan sebagai produk vektor momentum zarah dan jejarinya, vektor:

Dengan analogi dengan mekanik klasik, spin menyifatkan putaran zarah. Mereka dibentangkan dalam bentuk puncak, berputar di sekeliling paksi. Sekiranya zarah mempunyai caj, maka, berputar, ia menghasilkan momen magnetik dan sejenis magnet.

Bagaimanapun, putaran ini tidak dapat ditafsirkan secara klasik. Semua zarah, sebagai tambahan kepada spin, mempunyai momentum sudut luaran atau orbit, yang menyiratkan putaran sebatian relatif kepada beberapa titik. Sebagai contoh, apabila zarah bergerak sepanjang trajektori bulat (satu elektron di sekeliling nukleus).

Spin adalah momentum sudut intrinsik, iaitu, ia mewakili keadaan putaran dalaman sesuatu zarah, tanpa mengira momentum sudut orbit luar. Dalam kes ini, spin tidak bergantung kepada anjakan luar zarah.

Bayangkan bahawa terdapat berputar di dalam zarah itu, mustahil. Walau bagaimanapun, hakikatnya tetap bahawa bagi zarah yang dikenakan dengan putaran yang diarahkan secara bertentangan, trajektori gerakan dalam medan magnet akan berbeza.

Nombor kuantum spin

Untuk mencirikan spin dalam fizik kuantum memperkenalkan nombor kuantum berputar.

Nombor kuantum spin adalah salah satu daripada nombor kuantum yang wujud dalam zarah. Seringkali, nombor kuantum berputar hanya dipanggil putaran. Walau bagaimanapun, perlu difahami bahawa putaran zarah (dalam erti momentum sudutnya sendiri) dan nombor kuantum putaran tidak sama. Nombor spin dilambangkan dengan huruf J dan mengambil satu siri nilai-nilai diskret, dan nilai spin itu sendiri berkadar dengan pemalar Planck yang berkurang:

Boson dan Fermions

Zarah yang berbeza mempunyai nombor spin berbeza. Oleh itu, perbezaan utama adalah bahawa sesetengah mempunyai spin keseluruhan, dan yang lain - setengah integer. Zarah dengan spin keseluruhan dipanggil boson, dan setengah integer dipanggil fermion.

Boson adalah tertakluk kepada statistik Bose-Einstein, dan fermions adalah Fermi-Dirac. Dalam ensemble zarah yang terdiri daripada boson, mana-mana bilangan mereka boleh berada dalam keadaan yang sama. Dengan fermions, sebaliknya adalah benar - kehadiran dua fermion yang sama dalam satu sistem zarah adalah mustahil.

Boson dan Fermions

Boson: foton, gluon, boson Higgs. Baca lebih lanjut mengenai boson Higgs dalam artikel berasingan.

Fermions: elektron, lepton, quark

Marilah kita bayangkan perbezaan antara zarah dengan nombor berputar yang berlainan dalam contoh-contoh dari dunia makro. Jika spin objek adalah sifar, maka ia boleh diwakili sebagai titik. Di semua pihak, tidak kira bagaimana anda memutar objek ini, ia akan menjadi sama. Apabila belakang bersamaan dengan 1, putaran 360 darjah objek mengembalikannya kepada keadaan yang sama dengan keadaan asal. Misalnya, pensil tajam di sebelah. Putaran 2 boleh diwakili sebagai pensel, diasah pada kedua-dua sisi - apabila anda menghidupkan pensel 180 darjah, kami tidak akan melihat apa-apa perubahan. Tetapi spin half-integer sama dengan 1/2 diwakili oleh objek, untuk kembali ke keadaan asalnya, perlu membuat giliran 720 darjah. Satu contoh akan menjadi titik yang bergerak sepanjang jalur Mobius.

Spin - dari putaran Bahasa Inggeris - putar

Oleh itu, putaran adalah ciri kuantum zarah-zarah asas, yang berfungsi untuk menggambarkan putaran dalaman mereka, momentum sudut suatu zarah, bebas daripada anjakan luarannya. Kami berharap bahawa anda akan menguasai teori ini dengan cepat dan, jika perlu, dapat meletakkan pengetahuan secara praktikal. Nah, jika masalah mekanik kuantum ternyata terlalu sukar atau anda tidak dapat mengatur halaman tajuk untuk kursus 2016 - jangan lupa tentang penulis kami yang bersedia untuk menyelamatkannya. Memandangkan Richard Feynman sendiri berkata bahawa "tiada siapa yang faham sepenuhnya fizik kuantum," agak wajar untuk berpaling kepada pakar yang berpengalaman untuk membantu!

Pusat maklumat "Kvarkon"

Spin adalah momen putaran zarah asas.

Kadang-kadang walaupun dalam buku-buku yang sangat serius mengenai fizik, seseorang dapat melihat kenyataan yang salah bahawa putaran tidak ada kaitan dengan putaran, yang, kononnya, zarah asas tidak berputar. Kadang-kadang terdapat kenyataan seperti itu bahawa spin sepatutnya mempunyai ciri kuantum khusus zarah-zarah asas, sejenis caj yang tidak dijumpai dalam mekanik klasik.

Kesilapan yang sedemikian timbul disebabkan oleh fakta bahawa apabila cuba mewakili zarah asas dalam bentuk bola pepejal berputar kepadatan seragam, hasil yang tidak masuk akal diperolehi mengenai kelajuan putaran tersebut dan momen magnet yang berkaitan dengan putaran tersebut. Tetapi sebenarnya, ini tidak masuk akal hanya mengatakan bahawa zarah asas tidak dapat diwakili sebagai bola padat ketumpatan seragam, dan bukannya putaran itu sepatutnya sama sekali tidak berkaitan dengan putaran.

Sekiranya spin tidak dipertimbangkan sebagai putaran, maka terdapat beberapa kesukaran logik. Berikut adalah beberapa kesukaran ini:

  • Jika spin tidak dikaitkan dengan putaran, maka mengapa undang-undang pemuliharaan momentum sudut terus, di mana masa putaran juga dimasukkan sebagai suatu istilah? Ternyata dengan bantuan masa putaran kita boleh berputar beberapa zarah asas supaya bergerak dalam bulatan. Ternyata putaran itu muncul, kerana tidak ada apa-apa.
  • Jika semua zarah asas dalam badan mempunyai semua putaran dalam satu arah dan menambah satu sama lain, maka apa yang akan kita dapati pada tahap makro?
  • Akhir sekali, bagaimanakah putaran berbeza dari bukan putaran? Apakah ciri tubuh badan ini adalah tanda universal putaran badan ini? Bagaimana untuk membezakan putaran dari putaran bukan? Jika anda berfikir mengenai isu-isu ini, anda akan membuat kesimpulan bahawa satu-satunya kriteria untuk putaran badan ialah kehadiran torknya. Situasi sedemikian kelihatan sangat tidak masuk akal apabila anda diberitahu itu, mereka berkata, ya, tork itu, seperti itu, tetapi putaran itu sendiri tidak.

Malah, ia sangat mengelirukan bahawa dalam fizik klasik kita tidak melihat analog putaran. Jika kita dapat mencari analog spin dalam mekanik klasik, maka sifat kuantumnya tidak akan kelihatan seperti kita terlalu eksotik. Oleh itu, untuk memulakan, kita akan cuba mencari analog spin dalam mekanik klasik.

Putaran analog dalam mekanik klasik

Seperti yang diketahui, dalam membuktikan teorem Emma Noether di bahagiannya, yang ditumpukan kepada isotropi ruang, kita mendapat dua istilah yang berkaitan dengan masa putaran. Salah satu istilah ini ditafsirkan sebagai putaran normal, dan yang lain sebagai putaran. Tetapi teorem E. Noether tidak berkaitan dengan jenis fizik yang kita hadapi, klasik atau kuantum. Teorema Noether berkaitan dengan sifat-sifat global ruang dan waktu. Ini adalah teorem sejagat.

Dan jika demikian, maka putaran putaran putaran juga wujud dalam mekanik klasik, sekurang-kurangnya secara teoritis. Malah, seseorang secara teorinya boleh membina model spin dalam mekanik klasik. Sama ada model ini melaksanakan spin dalam amalan di mana-mana makrosistem adalah satu lagi soalan.

Mari kita lihat putaran klasik biasa. Segera menarik adalah hakikat bahawa terdapat putaran yang berkaitan dengan pemindahan pusat jisim dan tanpa pemindahan pusat jisim. Sebagai contoh, apabila Bumi berputar mengelilingi Matahari, maka jisim Bumi dipindahkan, kerana paksi putaran ini tidak melalui pusat jisim Bumi. Pada masa itu, seperti putaran Bumi di sekeliling paksi, pusat jisim Bumi tidak bergerak ke mana-mana sahaja.

Walau bagaimanapun, apabila Bumi berputar di sekitar paksi, jisim bumi masih bergerak. Tetapi sangat menarik. Jika anda memilih apa-apa jumlah ruang di dalam Bumi, maka jisim di dalam jilid ini tidak berubah dari masa ke masa. Kerana berapa jisim meninggalkan jilid ini per unit masa di satu pihak, kerana ramai orang datang di sisi lain. Ternyata dalam hal putaran bumi di sekeliling paksinya, kita berhadapan dengan aliran massa.

Satu lagi contoh aliran massa dalam mekanik klasik ialah aliran air bulat (corong di bilik mandi, pencampuran gula dalam gelas dengan teh) dan aliran bulat udara (angin puyuh, taufan, siklon, dan lain-lain). Berapa banyak udara atau air meninggalkan jumlah yang diperuntukkan setiap unit masa, seperti yang berlaku. Oleh itu, jisim jumlah yang diperuntukkan ini tidak berubah mengikut masa.

Dan sekarang mari kita perhatikan bagaimana gerakan putaran harus dilihat, di mana tidak ada aliran massa, tetapi ada momen putaran. Bayangkan sebotol air. Biarkan setiap molekul air dalam kaca ini berputar mengikut arah jam di sekitar paksi menegak yang melalui pusat jisim molekul. Berikut adalah putaran teratur semua molekul air.

Jelas sekali bahawa setiap molekul air di dalam gelas akan mempunyai tork yang tidak sifar. Dalam kes ini, momen putaran semua molekul diarahkan ke arah yang sama. Ini bermakna tayar ini disimpulkan antara satu sama lain. Dan jumlah ini akan menjadi saat makroskopik putaran air di dalam kaca. (Dalam keadaan sebenar, semua momen rotasi molekul air diarahkan ke arah yang berbeza dan penjumlahan mereka memberikan tork total sifar putaran semua air dalam kaca.)

Oleh itu, kita dapati bahawa pusat jisim air di dalam kaca tidak berputar di sekitar sesuatu, dan tidak ada aliran bulat air di dalam kaca. Dan tork boleh didapati. Ini adalah analog spin dalam mekanik klasik.

Benar, ini masih tidak cukup "adil". Kami mempunyai aliran massa tempatan yang berkaitan dengan putaran setiap molekul air individu. Tetapi ini diatasi oleh peralihan yang mengehadkan, di mana bilangan molekul air dalam kaca cenderung tak terhingga, dan jisim setiap molekul air cenderung kepada sifar supaya ketumpatan air tetap malar semasa peralihan yang mengehadkan ini. Adalah jelas bahawa dengan peralihan yang mengehadkan halaju sudut putaran molekul tetap malar, dan jumlah momen putaran air juga tetap malar. Dalam had, kita dapati bahawa saat ini putaran air di dalam gelas mempunyai sifat spin semata-mata.

Kuantisasi tork

Dalam mekanik kuantum, ciri-ciri badan yang boleh dipindahkan dari satu badan kepada yang lain dapat dikalkulasi. Kedudukan asas mekanik kuantum menyatakan bahawa ciri-ciri ini boleh dipindahkan dari satu badan ke yang lain tidak dalam kuantiti, tetapi hanya dalam gandaan kuantiti minimum tertentu. Jumlah minimum ini disebut kuantum. Kuantum dalam bahasa Latin bermakna hanya kuantiti, bahagian.

Oleh itu, sains yang mengkaji semua akibat dari pemindahan ciri tersebut dipanggil fizik kuantum. (Tidak boleh dikelirukan dengan mekanik kuantum! Mekanik kuantum, ini adalah model fizik kuantum matematik.)

Pencipta fizik kuantum, Max Planck, percaya bahawa hanya ciri seperti tenaga yang dipindahkan dari tubuh ke tubuh mengikut jumlah keseluruhan kuantiti. Ini membantu Planck menerangkan salah satu misteri fizik abad ke-19, iaitu, mengapa semua badan tidak memberikan semua tenaga mereka ke ladang. Hakikat bahawa bidang mempunyai bilangan derajat kebebasan yang tak terhingga, dan badan mempunyai bilangan darjah kebebasan yang terhingga. Selaras dengan undang-undang mengenai pengedaran tenaga yang sama dalam semua darjah kebebasan, semua badan perlu memberikan semua tenaga mereka dengan segera ke ladang-ladang, yang tidak kita saksikan.

Seterusnya, Niels Bohr menyelesaikan teka-teki kedua terbesar fizik abad ke-19, iaitu mengapa semua atom adalah sama. Sebagai contoh, mengapa tidak ada atom hidrogen yang besar dan atom hidrogen kecil, mengapa radii semua atom hidrogen adalah sama. Ternyata masalah ini diselesaikan, jika kita mengandaikan bahawa bukan sahaja tenaga diukur, tetapi torsi juga dikuantisasi. Dan, sewajarnya, putaran boleh dipindahkan dari satu badan ke yang lain tidak dalam jumlah apa pun, tetapi hanya berkadaran dengan kuantum minimum putaran.

Pengkuantian momen putaran sangat berbeza dari kuantisasi tenaga. Tenaga adalah skalar. Oleh itu, kuantum tenaga sentiasa positif dan badan hanya boleh mempunyai tenaga positif, iaitu bilangan kuantiti tenaga yang positif. Rotasi quanta di sekitar paksi tertentu adalah dua jenis. Kuasa putaran mengikut jam dan kuantum putaran lawan jam. Oleh itu, jika anda memilih paksi putaran yang lain, maka terdapat juga dua kuantum putaran, mengikut arah jam dan lawan jam.

Keadaan ini sama apabila mengira nadi. Kuantum positif dorongan atau kuantum negatif dorongan boleh dihantar melalui paksi tertentu ke badan. Apabila mengkuantifikasi caj, dua quanta juga diperolehi, positif dan negatif, tetapi ini adalah kuantiti skalar, mereka tidak mempunyai arahan.

Spin zarah asas

Dalam mekanik kuantum, amalan biasa untuk memanggil tayar anda sendiri berputar zarah asas. Momen putaran zarah asas sangat mudah untuk diukur dalam kuantum minimum putaran. Jadi mereka mengatakan bahawa, sebagai contoh, putaran foton di sepanjang paksi adalah seperti itu dan sebagainya (+1). Ini bermakna bahawa foton ini mempunyai tork yang sama dengan satu putaran kuantum mengikut arah jam berbanding dengan paksi yang dipilih. Atau mereka mengatakan bahawa putaran elektron sepanjang paksi adalah seperti (-1/2). Ini bermakna bahawa untuk elektron ini tork adalah sama dengan separuh kuantum putaran lawan jarum dengan paksi yang dipilih.

Kadang-kadang ia mengelirukan sesetengah orang kenapa fermion (elektron, proton, neutron, dan lain-lain) mempunyai separuh putaran quanta tidak seperti boson (foton, dan lain-lain). Sebenarnya, mekanik kuantum tidak mengatakan apa-apa mengenai berapa banyak putaran badan yang boleh dimiliki. Ia hanya bercakap tentang jumlah putaran ini boleh dipindahkan dari satu badan ke yang lain.

Keadaan dengan bahagian quanta ditemui bukan sahaja dalam kuantisasi putaran. Sebagai contoh, jika kita menyelesaikan persamaan Schrödinger untuk pengayun linear, ternyata bahawa tenaga pengayun linear sentiasa sama dengan nilai half integer tenaga quanta. Oleh itu, jika pengayun linier mengambil tenaga quanta, maka pada akhirnya, pengayun akan hanya mempunyai separuh kuantum tenaga. Dan separuh kuantum tenaga ini tidak dapat diambil dari pengayun, kerana hanya kuantum keseluruhan tenaga boleh diambil, tidak separuh daripadanya. Pengayun linear mengekalkan separuh kuantum tenaga sebagai ayunan sifar. (Angin sifar ini tidak begitu kecil. Dalam helium cair, tenaga mereka lebih besar daripada tenaga penghabluran helium, dan oleh itu helium tidak boleh membentuk kisi kristal walaupun pada suhu tanpa sifar.)

Pemindahan putaran zarah asas

Mari kita lihat bagaimana torque zarah-zarah asas tersebar. Sebagai contoh, biarkan elektron berputar mengikut arah jam di sekitar paksi tertentu (putaran sama dengan +1 / 2). Dan biarlah dia memberikan, contohnya, kepada foton semasa interaksi elektron-foton, satu kuantum putaran mengikut arah jam di sekeliling paksi yang sama. Kemudian putaran elektron menjadi (+1/2) - (+ 1) = (- 1/2), iaitu, elektron hanya mula berputar di sekeliling paksi yang sama, tetapi di arah yang bertentangan dengan lawan jam. Oleh itu, walaupun elektron mempunyai setengah kuantum putaran mengikut arah jam, tetapi bagaimanapun juga adalah mungkin untuk mengambil dari kuantum keseluruhan putaran mengikut arah jam.

Jika foton sebelum interaksi dengan elektron mempunyai spin pada paksi yang sama ialah (-1), iaitu, sama dengan satu putaran putaran lawan jam, kemudian selepas interaksi putaran menjadi (-1) + (+ 1) = 0. Jika spin pada paksi ini pada asalnya sifar, iaitu foton tidak berputar di sekeliling paksi ini, kemudian selepas berinteraksi dengan elektron, foton, setelah menerima satu kuantum putaran mengikut arah jam, akan mula berputar mengikut arah jam dengan nilai satu kuantum putaran: 0 + (+ 1 ) = (+ 1).

Jadi, ternyata bahawa fermion dan boson berbeza dari satu sama lain juga dengan fakta bahawa putaran boson 'sendiri boleh dihentikan, dan putaran fermions' sendiri tidak dapat diwujudkan. Fermion akan sentiasa mempunyai tork yang tidak sifar.

Boson sedemikian, sebagai contoh, foton, boleh mempunyai dua keadaan: jumlah ketiadaan putaran (berputar relatif terhadap mana-mana paksi adalah 0) dan keadaan putaran. Dalam keadaan putaran foton, magnitud spin pada mana-mana paksi boleh mengambil tiga nilai: (-1) atau 0 atau (+1). Nilai sifar dalam keadaan putaran foton menunjukkan bahawa foton berputar tegak lurus dengan paksi yang dipilih dan oleh itu tidak ada unjuran vektor tork pada paksi yang dipilih. Jika paksi dipilih secara berbeza, maka akan ada putaran atau (+1) atau (-1). Ia perlu membezakan antara kedua-dua keadaan di dalam foton, apabila tidak ada putaran sama sekali, dan apabila terdapat putaran, tetapi ia tidak memasuki paksi yang dipilih.

Dengan cara ini, spin foton mempunyai analog yang sangat mudah dalam elektrodinamika klasik. Ini ialah putaran gelombang polarisasi gelombang elektromagnetik.

Sekatan ke atas magnitud spin maksimum zarah asas

Sangat misterius adalah bahawa kita tidak boleh meningkatkan masa putaran zarah-zarah asas. Sebagai contoh, jika elektron mempunyai putaran (+1/2), maka kita tidak boleh memberikan elektron ini satu putaran yang lebih putaran mengikut arah jam: (+1/2) + (+ 1) = (+ 3/2). Kita hanya boleh menukar putaran elektron mengikut arah jam dan lawan jam. Kami juga tidak boleh membuat putaran sama, contohnya, (+2) untuk foton.

Pada masa yang sama, zarah elementer yang lebih besar boleh mempunyai lebih banyak nilai momen putaran. Sebagai contoh, zarah omega-minus mempunyai putaran yang bersamaan dengan 3/2. Pada paksi yang dipilih, putaran ini boleh mengambil nilai: (-3/2), (-1/2), (+1/2) dan (+3/2). Oleh itu, jika zarah omega-minus mempunyai putaran (-1/2), iaitu, berputar lawan jarum sepanjang paksi yang diberikan dengan separuh kuantum putaran, maka ia dapat menyerap kuantum lain putaran lawan jarum (-1) dan putarannya sepanjang paksi ini akan (-1/2) + (- 1) = (- 3/2).

Semakin besar jisim badan, semakin besar putarannya. Ini dapat difahami jika kita kembali kepada spin rakan sejawatan klasik kami.

Apabila kita berhadapan dengan aliran massa, kita dapat meningkatkan tork ke tak terhingga. Sebagai contoh, jika kita melepaskan bola seragam yang solid di sekeliling paksi melalui pusat jisimnya, maka sebagai kelajuan putaran linear di "khatulistiwa" mendekati kelajuan cahaya, kita akan mula menunjukkan kesan relativistik untuk meningkatkan jisim bola. Dan walaupun jejari bola tidak berubah dan kelajuan putaran linear tidak tumbuh di atas kelajuan cahaya, bagaimanapun, saat putaran meningkat tanpa henti disebabkan peningkatan berat badan yang tidak terbatas.

Dan dalam analog klasik putaran, kesan ini tidak wujud jika kita membuat peralihan had "jujur", mengurangkan jisim setiap molekul air dalam gelas. Ia dapat ditunjukkan bahawa dalam model spin klasik seperti itu terdapat nilai penghadaman momen putaran air dalam gelas, apabila penyerapan selanjutnya momen putaran tidak lagi mungkin.

Apa yang belakang

Spin (dari bahasa Inggeris Spin - spin [-sya], putaran) - momentum sudut sendiri zarah elementer, yang mempunyai sifat kuantum dan tidak dikaitkan dengan pergerakan zarah secara keseluruhan. Spin juga dipanggil momentum sudut intrinsik nukleus atom atau atom; dalam kes ini, spin ditakrifkan sebagai jumlah vektor (dikira oleh peraturan-peraturan penambahan momen dalam mekanik kuantum) putaran zarah-zarah asas yang membentuk sistem dan momen orbit dari zarah-zarah ini, kerana gerakan mereka di dalam sistem.

Spin diukur dalam unit ħ (diberikan oleh pemalar Planck, atau pemalar Dirac) dan di mana J adalah satu ciri keseluruhan (termasuk sifar) bagi setiap jenis zarah atau bilangan nombor integer positif - yang dinamakan nombor spin kuantum, yang biasanya dipanggil spin (salah satu daripada nombor kuantum).

Dalam hal ini, mereka bercakap tentang partikel keseluruhan atau separuh integer.

Kewujudan spin dalam sistem zarah berinteraksi sama adalah punca fenomena mekanik kuantum yang baru, yang tidak mempunyai analogi dalam mekanik klasik: interaksi pertukaran.

Kandungannya

Hartanah spin

Mana-mana zarah boleh mempunyai dua jenis momentum sudut: momentum sudut orbital dan putaran.

Tidak seperti momentum sudut orbit, yang dihasilkan oleh pergerakan zarah dalam ruang, spin tidak dikaitkan dengan gerakan dalam ruang. Spin adalah ciri-ciri kuantum dalaman, semata-mata yang tidak dapat dijelaskan dalam rangka mekanik relativistik. Jika zarah diwakili (sebagai contoh, elektron) sebagai bola yang berputar, dan putaran sebagai momen yang berkaitan dengan putaran ini, ternyata bahawa halaju melintang dari shell zarah mestilah lebih tinggi daripada kelajuan cahaya, yang tidak boleh diterima dari sudut relativisme.

Sebagai salah satu manifestasi momentum sudut, spin dalam mekanik kuantum digambarkan oleh spin operator vektor. Komponen algebra yang bersamaan dengan algebra pengatur masa sudut orbit. Walau bagaimanapun, tidak seperti momentum sudut orbit, operator spin tidak dinyatakan dari segi pembolehubah klasik.. Akibatnya adalah fakta bahawa spin (dan unjurannya pada mana-mana paksi) boleh mengambil bukan sahaja bilangan bulat, tetapi juga nilai setengah integer (dalam unit pemalar Dirac).

Contohnya

Berikut adalah bahagian belakang beberapa mikropartikel.

Sehingga Julai 2004, resonans baryon Δ (2950) dengan spin 15/2 mempunyai spin maksimum di antara zarah-zarah asas yang diketahui. Teras spin boleh melebihi 20

Sejarah

Pada tahun 1921, eksperimen Stern-Gerlach mengesahkan kehadiran spin pada atom dan fakta kuantisasi spasial arah momen magnet mereka.

Pada tahun 1924, sebelum perumusan mekanik kuantum tepat, Wolfgang Pauli memperkenalkan kebebasan dalaman dua komponen dalam kebebasan untuk menggambarkan elektron valensi dalam logam alkali. Pada tahun 1927, beliau mengubah persamaan Schrödinger baru-baru ini untuk menjelaskan pemboleh ubah putaran. Persamaan yang diubahsuai kini dipanggil persamaan Pauli. Dengan penerangan sedemikian, elektron mempunyai bahagian putaran baru fungsi gelombang, yang digambarkan oleh spinor - "vektor" dalam abstrak (iaitu, tidak disambungkan langsung kepada biasa) ruang putaran dua dimensi.

Pada tahun 1928, Paul Dirac membina teori relativistik spin dan memperkenalkan kuantiti empat komponen, bispinor.

Matematik, teori spin ternyata sangat telus, dan kemudian, dengan analogi dengannya, teori isospin telah dibina.

Spin dan momen magnetik

Walaupun spin tidak dikaitkan dengan putaran zarah sebenar, namun ia menghasilkan momen magnetik tertentu, dan oleh itu, membawa kepada tambahan (berbanding elektrodinamika klasik) interaksi dengan medan magnet. Nisbah magnitud momen magnetik ke magnitud spin dipanggil nisbah gyromagnetik, dan, tidak seperti momentum sudut orbit, ia tidak sama dengan magneton ():

Faktor g yang diperkenalkan di sini dipanggil faktor g-zarah; Nilai-nilai g-faktor ini untuk pelbagai zarah asas sedang dikaji secara aktif dalam fizik zarah-zarah asas.

Spin dan statistik

Kerana kenyataan bahawa semua zarah-zarah asas yang sama adalah sama, fungsi gelombang sistem zarah-zarah yang sama mesti sama ada simetrik (iaitu, tidak berubah) atau antisymmetric (didarab dengan -1) berkenaan dengan permutasi mana-mana dua zarah. Dalam kes pertama, zarah dikatakan mematuhi statistik Bose-Einstein dan dipanggil boson. Dalam kes kedua, zarah digambarkan oleh statistik Fermi - Dirac dan dipanggil fermion.

Ternyata nilai putaran zarah menunjukkan sifat-sifat simetri ini. Teorem mengenai sambungan spin dengan statistik yang dirumuskan oleh Wolfgang Pauli pada tahun 1940 menyatakan bahawa zarah dengan putaran integer (s = 0, 1, 2,...) adalah boson, dan zarah dengan spin setengah integer (s = 1/2, 3/2,... ) - fermions.

Kembali ke belakang

Pengenalan putaran itu adalah penerapan ide fizikal yang baru yang berjaya: postulasi fakta bahawa terdapat ruang negara yang sama sekali tidak berkaitan dengan pergerakan zarah di ruang biasa. Penyebaran idea ini dalam fizik nuklear membawa konsep putaran isotop, yang beroperasi di ruang isospin khas. Kemudian, apabila menggambarkan interaksi yang kuat, ruang warna dalaman dan "warna" kuantum, analog yang lebih rumit daripada putaran, diperkenalkan.

Sistem klasik spin

Konsep putaran diperkenalkan dalam teori kuantum. Walau bagaimanapun, dalam mekanik relativistik seseorang boleh menentukan putaran sistem klasik (tidak kuantum) sebagai momentum sudut intrinsik [1]. Putaran klasik adalah 4-vektor dan ditakrifkan seperti berikut:

  • - tensor momentum sudut keseluruhan sistem (penjumlahan dijalankan ke atas semua zarah sistem);
  • - jumlah 4 kelajuan sistem, ditentukan menggunakan jumlah 4-nadi dan jisim sistem M;
  • - Levi-Civita tensor.

Oleh kerana antisimetri tensor Levi-Civita, 4-vektor putaran sentiasa ortogonal kepada 4-halaju. Dalam sistem rujukan, di mana momentum keseluruhan sistem adalah sifar, komponen spatial spin bertepatan dengan vektor momentum sudut, dan komponen masa adalah sifar.

Itulah sebabnya putaran dipanggil momentum sudut intrinsik.

Dalam teori bidang kuantum, definisi putaran ini dipelihara. Asal gerakan gerakan yang sepadan dengan momentum angular dan jumlah nadi. Hasil daripada prosedur kuantisasi sekunder, 4-vektor putaran menjadi operator dengan nilai eigen diskret.

Lihat juga

  • Thomas precession
  • Interaksi spin-orbit
  • Transformasi Holstein-Primakov

Nota

  1. ↑ Weinberg S. Graviti dan kosmologi. - M.: Mir, 1975.

Kesusasteraan

  • Ensiklopedia fizikal. Ed. A. M. Prokhorov. - M.: "The Great Russian Encyclopedia", 1994. - ISBN 5-85270-087-8.

Artikel

  • Fizik telah membahagi elektron menjadi dua quasipartikel. Sekumpulan saintis dari universiti Cambridge dan Birmingham merekodkan fenomena pemisahan putaran (spinon) dan caj (holon) dalam konduktor ultrathin.
  • Fizik telah membahagikan elektron ke spinon dan orbiton. Sekumpulan saintis dari Institut Jerman untuk Bahan dan Bahan Berkuasa (IFW) mencapai pemisahan elektron ke dalam orbiton dan spinon.

Yayasan Wikimedia. 2010

Lihat apa "Spin" dalam kamus lain:

SPIN ialah momentum sudut intrinsik zarah atau sistem asas yang terbentuk daripada zarah-zarah ini, sebagai contoh. nukleus atom. Putaran zarah tidak berkaitan dengan usulnya di ruang angkasa dan tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang fisika klasik, kerana kuantum...... The Big Politeknik Ensiklopedia

putaran - a; m. putaran putaran] Phys. Momentum sudut intrinsik dari zarah asas, nukleus atom, ada dalamnya dan menentukan sifat kuantum mereka. * * * spin (putaran Bahasa Inggeris, secara literal putaran), momen momentum sendiri...... ensiklopedia kamus

Spin - Spin. Masa spin yang wujud dalam, sebagai contoh, proton, dapat dilihat dengan menghubungkannya dengan gerakan putaran zarah. SPIN (putaran Bahasa Inggeris, putaran literal), momen momentum mikropartikel sendiri, mempunyai kuantum...... kamus ensiklopedial yang digambarkan

SPIN - (penunjukan s), dalam QUANTUM MECHANICS momentum sudutnya sendiri yang wujud dalam beberapa PARTICLES, atom dan nukleus. Spin boleh dipertimbangkan sebagai putaran zarah di sekitar paksinya. Spin adalah salah satu daripada nombor kuantum, dengan cara...... Kamus Ensiklopedia Sains dan Teknik

SPIN - (Putaran Inggeris, putaran literal), momentum sudut intrinsik mikropartikel, yang mempunyai sifat kuantum dan tidak dikaitkan dengan pergerakan zarah secara keseluruhan. Ia diukur dalam unit pemalar Planck h dan boleh integer (0, 1, 2.) atau...... Ensiklopedia moden

SPIN - (dari bahasa Inggeris Spin spin, spin), momentum sendiri pergerakan elemen. h c, mempunyai kuantum. sifat dan tidak berkaitan dengan pergerakan litar secara keseluruhan. S. juga dipanggil sendiri. momen bergerak pada jam. nukleus (dan kadang kala atom); dalam kes ini C... Ensiklopedia Fizikal

Spinev - Spinev, Nikolay Nikolayevich Anugerah Sukan Akademik Mendayung Sukan Olimpik Emas Athens 2004 empat Nikolai Nikolayevich Spinev (lahir 30 Mei 1974, Rostov-on-Don) atlet Rusia, juara Olimpik... Wikipedia

spin - berputar berputar sendiri momen mekanikal jumlah usul zarah asas (elektron, proton, neutron) atau nukleus atom, sentiasa wujud dalam zarah jenis ini, menentukan sifatnya dan sifat kuantum mereka...... Kamus perkataan asing bahasa Rusia

spin - momen, giliran Kamus sinonim Rusia. spin n., bilangan sinonim: 2 • putaran (15) • saat... Kamus sinonim

SPIN - (huruf berputar Bahasa Inggeris, putaran), moment momentum mikropartikel, yang mempunyai sifat kuantum dan tidak dikaitkan dengan pergerakan zarah secara keseluruhan; diukur dalam unit pemalar Planck. dan boleh menjadi integer (0, 1, 2.) atau setengah integer...... Kamus Besar Ensiklopedia

spin - spin, a (fizikal)... kamus ejaan Rusia

# perkara bacaan | Apakah putaran?

Setelah kita mengetahui apa sifar mutlak dan sama ada mungkin untuk mendapatkan maklumat bahawa lubang hitam dimakan, satu lagi soalan menarik muncul dalam agenda. Persoalannya adalah rumit, kerana ia terletak di bidang fizik kuantum. Kedengarannya seperti ini:

"Apa itu spin?"

Apa belakangnya?

Jika anda berfikir bahawa ungkapan itu tidak diperlukan, anda salah. Spin adalah salah satu daripada perkara-perkara aneh dalam mekanik kuantum, cuba memahami yang, anda fikir, pengalaman intuisi dan kehidupan peribadi akan membantu anda. Tetapi tidak. Sebaliknya, intuisi anda lebih cenderung jatuh pada lutut anda di hadapan anda. Cuba jangan percayakan dia.

Untuk memulakan, semua zarah mempunyai spin asas. Spin - "paksi" dari putaran Bahasa Inggeris. Sama seperti cas elektrik atau jisim, spin membantu menentukan jenis zarah.

Sesetengah zarah, seperti elektron, positron dan quark (proton dan neutron terdiri daripada kuark, juga zarah asas Model Standard), mempunyai spin ½. Mereka dikenali sebagai "fermions". Lain-lain, foton, gluon, dan juga Z-partikel, mempunyai putaran 1. Mereka dikenali sebagai "boson". Jelas, fermions dan boson berkelakuan berbeza.

Jika semua kali ini anda mengangguk setuju, suara tipis di kepala anda mungkin berkata seperti "separuh berputar apa?". Perlu diingat bahawa suara dalaman perlu didengar dengan cara yang baik, jadi mari kita bercakap mengenai cara kerja putaran elektron.

Ia seperti giroskop kecil, tetapi tidak cukup.

Mengapa elektron? Kerana jika anda memahami apa yang berputar elektron, segala-galanya akan mudah. Cuba bayangkan bahawa elektron adalah giroskop kecil. Ia berputar dan berputar tanpa berhenti. Terlepas dari apa yang anda lakukan dengannya, anda tidak boleh melambatkan atau mempercepatkan putaran elektron; anda hanya boleh menukar kedudukannya.

Apa sahaja yang anda lakukan, elektron akan sentiasa berputar ½. Tetapi ½ daripada apa? Nombor, dikenali sebagai "pengurangan Planck yang berterusan." Ini adalah jumlah yang sangat kecil. Sangat.

Di sini anda mempunyai fakta aneh yang pertama. Biasanya anda boleh melambatkan badan berputar. Superman dapat menghentikan putaran Bumi, sebagai contoh.

Sebaliknya, kita berhadapan dengan giroskop berputar kecil. Momentum sudut adalah salah satu daripada nilai-nilai malar yang mendorong ahli fizik gila. Apabila arah putaran elektron berubah, momentum sudut dihantar di mana-mana - dari orbit ke elektron lain.

Oleh kerana elektron mempunyai caj, dan kerana ia "berputar sepanjang paksi," ia menghasilkan medan magnet kecil. Inilah bagaimana elektromagnet berfungsi. Kita boleh mengesan medan magnet elektron atau menolak elektron individu menggunakan magnet lain untuk mengetahui arah arah mana elektron berputar. Tetapi...

Medan magnet tidak berfungsi sama sekali.

Ambil bola yang kecil dan putar di sekeliling paksi. Anda akan membuat magnet. Tidak kira berapa besar atau kecil bola, ternyata medan magnet akan diprediksi dengan tepat oleh momentum sudut berganda. Terdapat banyak pemalar yang berkaitan dengan pertuduhan dan jisim bola, tetapi tidak dengan saiz.

Masalahnya ialah jika anda membayangkan elektron dengan cara yang sama, prosedur yang diterangkan di atas tidak akan sama sekali. Medan magnet akan dua kali lebih besar. Lebih tepat lagi, 2,0023193044 kali. Nombor ini diukur dengan tahap ketepatan yang tidak dikenali dan dikira secara teoritis. Ini "teori medan kuantum" yang digemari, kerana kita boleh membuat beberapa ramalan yang tepat.

Fakta aneh nombor dua: anda tidak boleh, tidak berhak untuk memikirkan elektron sebagai sfera kecil, mikroskopik yang dikenakan. Cuma dapatkan nombor yang salah.

Putaran elektron menentukan rawak.

Walaupun elektron mempunyai putaran tetap, anda boleh menganggap bahawa komponen putaran dalam arah tertentu dapat mengambil nilai lama yang kami suka. Fikirkannya dalam contoh berikut. Katakan saya mempunyai tongkat meter (1 meter panjang), satu ujungnya tersangkut ke tanah pada sudut. Anda boleh mengukur ketinggian dari hujung atas ke tanah, dan bergantung pada sudut, dapatkan nilai antara 0 dan 1 meter.

Anda tahu bahawa bumi berputar, tetapi jika anda pernah melihat sebuah dunia, anda tahu bahawa ia dimiringkan di suatu tempat pada sudut 23 dan setengah darjah berbanding dengan pesawat orbit. Dalam erti kata lain, jika anda mengukur "paksi" (atau berputar) Bumi dari atas ke bawah, anda akan mendapat kurang daripada panjang penuh paksi. Paksi kelihatan agak longgar dari sebelah ke tepi.

Ia tidak berfungsi dengan elektron. Sekiranya anda telah membuat medan magnet kecil untuk membezakan antara mereka, anda akan mengetahui bahawa satu elektron bertukar dalam 100% kes dan menolak 100% kes, bergantung kepada kes itu, dan tidak pernah di antara. Apa yang lebih aneh, tidak kira bagaimana anda mengukur peralatan pengukur anda, anda akan selalu mendapat hasil awal yang sama: sama ada satu pihak atau yang lain, tidak ada yang ketiga.

Dan di sini kita mempunyai fakta ketiga yang aneh. Katakan anda mengukur elektron dan mengetahui bahawa ia mempunyai putaran atas. Selepas anda cuba mengukur putaran dari kiri ke kanan. Akal sehat akan memberitahu anda bahawa nombor itu akan sifar, kerana anda tahu bahawa elektron berputar dari bawah ke bawah, bukan dari kiri ke kanan. Tetapi seperti yang dinyatakan di atas, akal sehat tidak akan membantu anda. Ternyata: a) separuh daripada kes-kes apabila anda mengukur elektron, ia akan "ditinggalkan", separuh - "kanan", dan b) kanan dan kiri ditentukan oleh rawak mutlak. Memang benar. Tiada apa-apa pun di alam semesta boleh memberitahu anda mana yang memilih untuk dipilih. Kemalangan seperti ini sangat mengganggu Einstein (ingat pernyataannya bahawa Tuhan tidak bermain dadu).

Anda perlu menghidupkan dua elektron supaya kelihatan seperti "sebelum"

Pada masa lalu, kita sering bercakap tentang fungsi gelombang zarah. Kuadrat fungsi gelombang akan memberitahu anda kebarangkalian mencari zarah di tempat tertentu pada masa tertentu. Apa yang luar biasa dalam elektron (dan dalam semua zarah dengan putaran ½) adalah bahawa jika anda memutar seluruh alam semesta 360 darjah, tanda minus muncul pada permulaan fungsi gelombang.

Ini adalah fakta keempat yang aneh. Anda perlu menggulungkan elektron ke sekeliling paksi, dan ia akan kelihatan sama seperti pada mulanya.

Nampaknya, tidak ada yang pelik. Pada akhirnya, mengapa bimbang tentang fungsi gelombang, jika tanda tolak tidak berbuat apa-apa. -2 kuasa dua = 2 kuasa dua.

Kesan yang sama akan timbul jika anda membayangkan bahawa anda menggantikan satu elektron dengan yang lain. Tiada apa-apa perubahan, hanya tanda tolak muncul di hadapan keseluruhan fungsi gelombang. Nampaknya tidak penting, sehingga anda sedar bahawa...

Tanda tolak adalah apa yang membuatkan anda mungkin.

Bayangkan dua elektron dengan berputar dalam satu arah, satu dan yang lain ke atas (pakar juga perlu memahami bahawa dua elektron mempunyai dorongan yang sama). Sekarang mari kita menukar mereka. Tiada apa-apa pun yang berubah untuk kita, tetapi dalam mekanik kuantum seluruh alam semesta menjunam ke dalam keadaan huru-hara. Fungsi gelombang nampaknya tidak berubah, kerana tidak terdapat perbezaan yang signifikan antara satu elektron dengan yang lain, tetapi satu cara atau yang lain, kami meletakkan tanda minus pada mulanya.

Sekali lagi: tiada perubahan, tetapi didarabkan sebanyak -1. Satu-satunya nombor yang berfungsi dengannya ialah 0. Dengan kata lain, fungsi gelombang sifar sama dengan kebarangkalian sifar, atau tiada peluang sama sekali.

Satu lagi cara untuk mengatakan ini: elektron (dan semua fermions: quark, positron, neutrinos, dan lain-lain) tidak boleh berada di tempat yang sama dengan putaran yang sama. Ini adalah "larangan Pauli" yang terkenal. Dia meramalkan bahawa elektron dalam atom tidak boleh berada dalam keadaan yang sama, tetapi bersama-sama mereka menduduki orbital yang berbeza. Sekiranya semuanya tidak begitu, elektron akan menduduki tahap yang paling rendah, dan unsur-unsur akan berkelakuan seperti membosankan hidrogen. Bosan dan tidak kondusif untuk kelahiran hidup.

Boson, jenis zarah yang berbeza, tidak berfungsi dengan prinsip ini. Tukar dua boson, dan tiada apa yang akan berubah. Hidupkan boson sekali dan semuanya akan kembali normal. Mereka mempunyai putaran yang sama dengan satu, yang bermaksud hanya mereka yang bersikap tepat seperti yang anda harapkan. Tetapi ini hanya boson yang dijumpai hari ini. Boson Higgs (jika ada) mempunyai putaran 0, graviton (jika ada) mempunyai putaran 2, tetapi sekarang kita tidak dapat membicarakannya. Boson boleh berada di tempat yang sama dan mempunyai putaran yang sama. Itulah sebabnya kita boleh mendapatkan kondensat Bose-Einstein, yang merupakan sekumpulan boson di satu negeri.

The "trick" bukanlah bahawa spin adalah sesuatu yang pelik, walaupun tidak ada yang berpendapat dengan ini. The "trick" adalah bahawa putaran terletak di tengah hal yang lebih serius dan mendasar, di tengah-tengah kerja mereka daripada yang anda mungkin mengesyaki.