Spin
Lo Spin č il momento angolare intrinseco associato con le particelle della meccanica quantistica. Diversamente dagli oggetti rotanti della meccanica classica (spin in inglese significa rotazione), che derivano il loro momento angolare dalla rotazione delle parti costituenti, lo spin non č associato con alcuna massa interna. Ad esempio, le particelle elementari, come gli elettroni possiedono uno spin, anche se sono particelle puntiformi. Inoltre, contrariamente alla rotazione classica, lo spin non viene descritto da un vettore, ma da un oggetto a due componenti (per particelle con spin semi-intero): esiste una differenza osservabile in come quest'ultimo si trasforma ruotando le coordinate.Altre particelle subatomiche, come i neutroni, che hanno carica elettrica nulla, possiedono lo spin.
Quando vengono applicati alla rotazione spaziale, i principi della meccanica quantistica enunciano che i valori osservati del momento angolare (autovalori dell'operatore del momento angolare) sono ristretti a multipli interi o semiinteri di h/2π. Questo si applica ugualmente allo spin. Inoltre, il teorema dello spin statistico enuncia che le particelle con spin intero corrispondono ai bosoni, e le particelle con spin semi-intero corrispondono ai fermioni.
Un corpo caricato elettricamente, ruotante in un campo magnetico disomogeneo, č sottoposto a una forza. Questo vale anche per gli elettroni. Le forze osservate, variano per differenti elettroni, e queste differenze sono attribuite a differenze di spin. Quindi, tipicamente, lo spin degli elettroni viene misurato osservando la loro traiettoria in un campo magnetico disomogeneo. In accordo con le predizioni della teoria, solo multipli semi-interi di h/2π vengono osservati per gli elettroni.
Lo spin venne scoperto per la prima volta nel contesto dell'emissione spettrale dei metalli alcalini. nel 1924, Wolfgang Pauli (probabilmente il piů influente fisico nella teoria dello spin) introdusse ciò che chiamò un "grado di libertĂ quantico a due valori" associato con gli elettroni del guscio esterno. Questo permise di formulare il principio di esclusione di Pauli, che stabiliva che due elettroni non possono condividere gli stessi valori quantici.
L'interpretazione fisica del "grado di libertĂ " di Pauli era inizialmente sconosciuta. Ralph Kronig, uno degli assistenti di Alfred LandĂ©, suggeri, nei primi del 1925, che venisse prodotto dall'auto-rotazione degli elettroni. Quando Pauli venne a conoscenza dell'idea, la criticò severamente, notando che l'ipotetica superficie dell'elettrone avrebbe dovuto muoversi piů velocemente della velocitĂ della luce per poter ruotare abbastanza rapidamente da produrre il necessario momento angolare, contravvenendo così alla teoria della RelativitĂ .
Nell'autunno dello stesso anno, lo stesso pensiero venne a due giovani fisici olandesi, George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit. Su consiglio di Paul Ehrenfest, pubblicarono i loro risultati, che incontrarono una risposta favorevole, specialmente dopo che L.H. Thomas riuscì a risolvere una discrepanza tra i risultati sperimentali e i calcoli di Uhlenbeck e Goudsmit (e quelli non pubblicati di Kronig). Questa discrepanza era dovuta alla necessitĂ di prendere in considerazione l'orientamento della microstruttura tangente all'elettrone, in aggiunta alla sua posizione. L'effetto aggiunto dalla tangente č additivo e relativistico (ovvero svanisce se c va all'infinito); č pari a un mezzo del valore ottenuto se non si considera l'orientamento dello spazio tangente, ma con segno opposto. Quindi l'effetto combinato differisce da quest'ultimo per un fattore due (precessione di Thomas).
Nonostante le sue obiezioni iniziali, Pauli formalizzò la teoria dello spin nel 1927, usando la moderna teoria della meccanica quantistica, proposta da Erwin Schrödinger e Werner Heisenberg. Egli introdusse l'uso delle matrici di Pauli come rappresentazione degli operatori di spin, e una funzione d'onda a due componenti (spinore).
La teoria di Pauli era non-relativistica. Comunque, nel 1928, Paul Dirac pubblicò l'equazione di Dirac, che descriveva l'elettrone relativistico. Nell'equazione di Dirac, uno spinore a quattro componenti (conosciuto come "spinore di Dirac") veniva usato per la funzione d'onda dell'elettrone.
Nel 1940, Pauli provò il teorema dello spin statistico, che enuncia che i fermioni hanno spin semi-intero e i bosoni spin intero.Storia
| Numeri quantici |
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| Numero quantico principale | Numero quantico azimuthale e magnetico | Numero quantico di spin | Numero quantico rotazionale | Momento angolare totale |
| Spin | Isospin | Numero barionico | Numero leptonico | Carica elettrica | Carica di colore |
