«Спин»

(от англ. spin — вращаться, вертеться.)

собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. (При введении понятия «С.» предполагалось, что электрон можно рассматривать как «вращающийся волчок», а его С. — как характеристику такого вращения, — отсюда название «С.».) С. называется также собственный момент количества движения атомного ядра (и иногда атома); в этом случае С. определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квантовой механике (См. Квантовая механика)) С. элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих обусловленных их движением системы (см. Ядро атомное).

С. измеряется в единицах Планка постоянной (См. Планка постоянная) ħ и равен J — характерное для каждого сорта частиц целое (в т. ч. нулевое) или полуцелое положительное число, называемое спиновым квантовым числом (См. Квантовые числа) (обычно его называют просто С.). Соответственно говорят, что частица обладает целым или полуцелым С. Например, С. электрона, протона, нейтрона, Нейтрино, так же как и их античастиц (См. Античастицы), в единицах ħ равен ¹/₂, С. - и К-мезонов — 0, С. Фотона равен 1. Хотя у фотона (как и у нейтрино) нельзя измерить собственный момент количества движения, т. к. нет системы отсчёта, в которой фотон покоится, однако в квантовой электродинамике доказывается, что полный момент фотона в произвольной системе отсчёта не может быть меньше 1; это даёт основание приписать фотону С. 1. Наличие у нейтрино С. ¹/₂ вытекает, например, из закона сохранения момента количества движения в процессе Бета-распада.

Проекция С. на любое фиксированное направление z в пространстве может принимать значения J, J—1, ..., —J. Т. о., частица со С. J может находиться в 2J+ 1 спиновых состояниях (при J = ¹/₂ — в двух состояниях), что эквивалентно наличию у неё дополнительной внутренней степени свободы. Квадрат вектора С., согласно квантовой механике, равен Магнитомеханическое отношение.

Концепция С. была введена в физику в 1925 Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, предположившими (на основе анализа спектроскопических данных) существование у электрона собственного механического момента Магнетону Бора е и m— заряд и масса электрона, с — скорость света). Т. о., для С. электрона отношение магнитного момента к механическому равно γ =е/mс и с точки зрения классической электродинамики является аномальным: для орбитального движения электрона и для любого движения классической системы заряженных частиц с данным отношением е/m оно в 2 раза меньше и равно е/2mс.

Учёт С. электрона позволил В. Паули сформулировать принцип запрета, утверждающий, что в произвольной физической системе не может быть двух электронов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии (см. Паули принцип). Наличие у электрона С. ¹/₂ объяснило мультиплетную структуру атомных спектров (тонкую структуру (См. Тонкая структура)), особенности расщепления спектральных линий в магнитных полях (т. н. аномальный Зеемана эффект), порядок заполнения электронных оболочек в многоэлектронных атомах (а следовательно, и закономерности периодической системы элементов (См. Периодическая система элементов)), явление Ферромагнетизма и многие др. явления.

Существование у протона С. ¹/₂ было постулировано на основе опытных данных англ. физиком Д. М. Деннисоном. Эксперимент, проверка этой гипотезы привела к открытию в 1929 орто- и пара-водорода (см. Атом). Несколько ранее Паули предположил, что Сверхтонкая структура атомных уровней энергии определяется взаимодействием электронов со С. ядра, что и было вскоре доказано Г. Бэком и Гаудсмитом в результате анализа эффекта Зеемана в висмуте.

С. частиц однозначно связан с характером статистики, которой подчиняются эти частицы. Как показал Паули (1940), из квантовой теории поля следует, что все частицы с целым С. подчиняются Бозе — Эйнштейна статистике (См. Бозе - Эйнштейна статистика) (являются бозонами), с полуцелым С. — Ферми — Дирака статистике (См. Ферми - Дирака статистика) (являются фермионами). Для фермионов, например электронов, справедлив принцип Паули, для бозонов он не имеет силы.

В математический аппарат нерелятивистской квантовой механики С. был последовательно введён Паули, при этом описание С. носило феноменологический характер. В действительности С. частицы — релятивистский эффект (что было доказано П. Дираком). Так, наличие у электрона С. и спинового магнитного момента непосредственно вытекает из релятивистского Дирака уравнения (См. Дирака уравнение) (которое для электрона в электромагнитном поле в пределе малых скоростей переходит в Паули уравнение для нерелятивистской частицы со С. ¹/₂).

Величина С. элементарных частиц определяет трансформационные свойства полей, описывающих эти частицы. При Лоренца преобразованиях поле, соответствующее частице со С. 0, преобразуется как Скаляр (или Псевдоскаляр); поле, описывающее частицу со С. ¹/₂, — как Спинор, а со С. 1 — как Вектор (или Псевдовектор) и т. д.

Лит. см. при ст. Квантовая механика.

О. И. Завьялов.

1. спи́н;
2. спи́ны;
3. спи́на;
4. спи́нов;
5. спи́ну;
6. спи́нам;
7. спи́н;
8. спи́ны;
9. спи́ном;
10. спи́нами;
11. спи́не;
12. спи́нах.

СПИН (англ. spin - букв. - вращение), собственно момент количества движения микрочастицы, имеющий квантовую природу и не связанный с движением частицы как целого; измеряется в единицах Планка постоянной . и может быть целым (0, 1, 2,...) или полуцелым (1/2, 3/2,...).

СПИН (английское spin, буквально - вращение), собственный момент количества движения микрочастицы, имеющий квантовую природу и не связанный с движением частицы как целого. Измеряется в единицах постоянной Планка h и может быть целым (0, 1, 2,...) или полуцелым (1/2, 3/2,...). Элементарные частицы, обладающие целым спином, называются бозонами, полуцелым - фермионами. Понятие "спин" введено в физику в 1925 американскими физиками С. Гаудсмиттом и Дж. Уленбеком.

муж. spin

spin физ.

m.spin

м. физ.

spin m, espín m

СПИН

(от англ. spin — вращаться, вертеться), собственный момент кол-ва движения элем. ч-ц, имеющий квант. природу и не связанный с перемещением ч-цы как целого. С. называют также собств. момент кол-ва движения ат. ядра (и иногда атома); в этом случае С. определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квант. механике) С. элем. ч-ц, образующих систему, и орбит. моментов этих ч-ц, обусловленных их движением внутри системы.

С. измеряется в ед. постоянной Планка ћ и равен Jћ, где J — характерное для каждого сорта ч-ц целое (в т. ч. нулевое) или полуцелое положит. число, наз. спиновым квант. числом. Обычно его называют просто С. и говорят о целом или полуцелом С. ч-цы. Напр., С. эл-на, протона, нейтрона, нейтрино, так же как и их античастиц, равен 1/2, С. p- и К-мезонов равен 0, С. фотона равен 1.

Проекция С. на любое фиксиров. направление z в пр-ве может принимать значения -J, -J+1,..., +J. Т. <о., ч-ца со С. J может находиться в 2J+1 спиновых состояниях (при J= 1/2 —в двух состояниях), что эквивалентно наличию у неё дополнит. внутр. степени свободы. Квадрат вектора С., согласно квант. механике, равен ћ2J(J+1). Со С. ч-цы, обладающей ненулевой массой покоя, связан спиновый магн. момент m=gJћ; коэфф. g наз. магнитомеханическим (или гиромагнитным) отношением.

Концепция С. введена в физику в 1925 амер. учёными Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, предположившими (на основе анализа спектроскопич. данных), что эл-н можно рассматривать как «вращающийся волчок» (отсюда и термин «С.») с собств. механич. моментом ћ/2 и собственным (спиновым) магн. моментом, равным магнетону Бора mБ=ће/2mс (е и m — заряд и масса эл-на). Т. о., для С. эл-на g=e/mc и с точки зрения классич. электродинамики явл. аномальным: для орбит. движения эл-на и для любого движения классич. системы заряж. ч-ц с данным отношением e/m оно в два раза меньше (г/2 тс).

Учёт С. эл-на позволил В. Паули сформулировать принцип запрета, утверждающий, что в произвольной физ. системе не может быть двух эл-нов, находящихся в одном и том же квант. состоянии (см. ПАУЛИ ПРИНЦИП). Наличие у эл-на С. 1/2 объяснило мультиплетную структуру ат. спектров (см. ТОНКАЯ СТРУКТУРА), особенности расщепления спектр. линий в магн. полях (Зеемана эффект), порядок заполнения электронных оболочек в многоэлектронных атомах (а следовательно, и закономерности периодич. системы элементов), ферромагнетизм и мн. др. явления.

Существование у протона С. 1/2 постулировано на основе опытных данных амер. физиком Д. М. Деннисоном. Эксперим. проверка этой гипотезы привела к открытию сверхтонкой структуры ат. уровней энергии.

С. ч-ц однозначно связан с хар-ром статистики, к-рой они подчиняются. Как показал Паули (1940), из квант. теории поля следует, что все ч-цы с целым С. подчиняются Возе — Эйнштейна статистике (явл. бозонами), с полуцелым С.— Ферми — Дирака статистике (явл. фермионами). Для фермионов, напр. эл-нов, справедлив Паули принцип, для бозонов он не имеет силы.

В матем. аппарат нерелятив. квант. механики С. был введён Паули; при этом описание С. носило феноменологич. хар-р. Наличие у эл-на С. и спинового магн. момента непосредственно вытекает из релятив. Дирака уравнения (к-рое для эл-на в эл.-магн. поле в пределе малых скоростей переходит в Паули уравнение для нерелятив. ч-цы со С. 1/2).

Величина С. элем. ч-ц определяет трансформац. св-ва полей, описывающих эти ч-цы. При Лоренца преобразованиях поле, соответствующее ч-це со С. J=0, преобразуется как скаляр (или псевдоскаляр); поле, описывающее ч-цу с J=1/2,— как спинор, а с J=1 — как вектор (или псевдовектор) и т. д.

СПИН (обозначение s), в КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ - собственный угловой момент, присущий некоторым ЭЛЕМЕНТАРНЫМ ЧАСТИЦАМ, атомам и ядрам. Спин может рассматриваться как вращение частицы вокруг своей оси. Спин является одним из квантовых чисел, посредством которых характеризуется частица.

Электромагнитное взаимодействие является тестом, посредством которого могут распознаваться различные состояния частицы. Внешнее магнитное поле взаимодействует с тремя, пока еще не различимыми, частицами, которые классифицируются на различные энергетические состояния в соответствии с их электрическими зарядами. Обозначения: A) три частицы выглядят оди каково при отсутствии внешнего магнитного поля B)положительно заряженная частица допускает только одно энергетическое состояние вследствие взаимодействия ее заряда с внешним магнитным полем C)нейтральная частица D) отрицательно заряженная частица

(англ. spin, букв.-вращение), собств. момент кол-ва движения элементарной частицы (электрона, протона и т. п.). Имеет квантовую природу и не связан с к.-л. перемещениями частицы, в т. ч. не зависит от наличия или отсутствия у нее орбитального (углового) момента кол-ва движения. Пространств. квантование С. определяет квантовое число s: проекция спина Sчастицы на выбранное направление z > может принимать значения, измеряемые в единицах постоянной Планка Ри равные Ч sР, ЧsР + Р,..., sР. Квантовое число sназ. спиновым квантовым числом или просто С.; оно равно для электрона, протона, нейтрона, нейтрино 1/2, для фотона 1, для p- и К- мезонов 0.

С. наз. также собств. момент кол-ва движения атомного ядра, атома, мол. системы; в этом случае С. системы определяется как векторная сумма С. отдельных частиц: Ss = S. Так, С. ядра равен целому или полуцелому числу (обозначается обычно I) в зависимости от того, включает ли ядро четное или нечетное число протонов и нейтронов. Напр., для ¹ Н I = 1/2, для ¹⁰ В I = 3, для ¹¹ В I = 3/2, для ¹⁷ О I = 5/2, для ¹⁶ О I = 0. Для атома Не в основном состоянии полный электронный С. S = 0, в первом возбужденном состоянии S= 1. В совр. теоретич. физике, гл. обр. в теории элементарных частиц, С.-часто называют полный момент кол-ва движения частицы, равный сумме орбитального и собств. моментов.

Концепция С. введена в 1925 Дж. Уленбеком и С. Гаудс-митом, к-рые для интерпретации эксперим. данных о расщеплении пучка атомов серебра в магн. поле предположили, что электрон можно рассматривать Как вращающийся вокруг своей оси волчок с проекцией на направление поля, равной В том же году В. Паули ввел понятие С. в математич. аппарат нерелятивистской квантовой механики и сформулировал принцип запрета, утверждающий, что две тождеств. частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в системе в одном и том же квантовом состоянии (см. Паули принцип). Согласно подходу В. Паули, существуют операторы s² и s_z, к-рые обладают собств. значениями Р ²s(s +>1) и Рs_z соотв. и действуют нат. наз. спиновые части волновой ф-ции a и b (спин-функции) так же, как операторы орбитального момента кол-ва движения ² и _z действуют на пространств. часть волновой ф-ции Y(r), где r-радиус-вектор частицы. Операторы 2 и z подчиняются тем же правилам коммутации, что и операторы ² и _z.