Физическая энциклопедия - 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 С› и равен JС›, 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. pи 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 С›2J(J+1). Со С. ч-цы, обладающей ненулевой массой покоя, связан спиновый магн. момент m=gJС›; 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 С›/2 и собственным (спиновым) магн. моментом, равным магнетону Бора mБ=С›е/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. .