• Što je to "spin" kod elementarnih čestica i kako su znanstvenici došli do tog svojstva? (Igor iz Triblja, igor_pavlic@hotmail.com)

  • Najkraće rečeno, spin (u upotrebi su još termini zamah i [vlastita] vrtnja) je intrinsična vrtnja čestice, tj. njena vlastita kutna količina gibanja. Spin je tipično kvantno svojstvo.

    Spin, između ostalog, ima i slijedeća svojstva:

    • Spin je kvanitiziran. Svakoj elementarnoj čestici se može pridružiti oznaka spina - tj. jedan od polucijelih brojeva s = 0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... Čestica kojoj je pridružena oznaka spina s posjeduje vlastitu kutnu količinu S gibanja u iznosu od

      S 2 = s(s+1) h2

      (h je tzv. 'h-precrtano', Planckova konstanta podijeljena s 2p, h = 1.05456x10-34 Js), te se kaže da dana čestica ima spin s.
    • Za neku česticu spina s, projekcija spina Sz na neku prikladno definiranu os (za koju se redovito uzima upravo z-os) je također kvantizirana, te može poprimiti samo vrijednosti szh , gdje je:

      sz = -s, -s+1, ..., s-1, s

      Npr., elektron, čestica spina s=1/2, posjeduje ukupnu kutnu količinu gibanja jednaku 31/2/2, a projekcija spina može poprimiti samo vrijednosti -1/2 i +1/2 (oboje u jedinicama h).
      S druge strane, čestica spina 1 (npr. vektorski bozoni W i Z) ima ukupnu kutnu količinu gibanja jednaku 21/2, i moguće projekcije -1,0,1.
    • Spin se ponaša kao klasična kutna količina gibanja, u smislu da se može (vektorski) zbrajati, te da se u mnogim slučajevima može o njemu razmišljati na klasičan-nekvantni način. Zato su u vrijeme otkrića spina elektrona tu pripadnu kutnu količinu gibanja pokušali objasniti vrtnjom samog elektrona - oblika kuglice - oko svoje osi. Međutim, to je vodilo do poteškoča jer bi to značilo ili da je veličina elektrona usporediva sa veličinom atoma, ili da je brzina na površini elekotrna-kuglice nekoliko puta veča od brzine svjetlosti.
      Danas mi ne znamo što je spin (isto kao što ne znamo što je to naboj), ali znamo da je to intrinsično svojstvo čestice, znamo s njim računati i predviđati razne pojave, te znamo da sam spin ima veze sa specijalnom teorijom relativnosti(!).
    • Ovisno o spinu, sve se čestice mogu svrstati u dvije zasebne klase: tzv. bozoni (sve čestice cjelobrojnog spina 0, 1, 2, ...) i fermioni (čestice polucjelobrojnog spina 1/2, 3/2, 5/2). Fizikalna svojstva bozona i fermiona su dramatično različita.

    Isto kao što i klasična nabijena čestica koja ima kutnu količinu gibanja (npr. kruži po kružnici; npr. gibanje elektrona po zavojnici ili kružnoj petlji) posjeduje magnetski moment (tj. može je se smatrati malim magnetićem - magnetskim dipolom), tako je i elektron mali magnetić, jer je nabijena čestica i posjeduje kutnu količinu gibanja.

    Upravo to svojstvo je dovelo do otkrića spina. Ključni eksperiment za to je bio Stern-Gerlach-ov eksperiment (1922.g.), te kasnije eksperiment Phippsa i Taylora (1927.g.). Detaljne informacije o tim eksperimentima, kao i više informacija o spinu, mogu se naći na adresama:


    Odgovorio:
    mr.sc.M.Basletić, PMF