СПИН

(англ. spin, букв. -вращеніе), власної. момент кількості руху елементарної частинки (електрона, протона і т. п.). Має квантову природу і не пов'язаний з к. -л. переміщеннями частки, в т. ч. не залежить від наявності або відсутності у неї орбітального (кутового) моменту кількості руху. Просторів. квантування С. визначає квантове число s: проекція спина Sчастіци на обраний напрям z > може приймати значення, вимірювані в одиницях постійної Планка Рі рівні Ч SР, ЧsР + Р, ..., S р. Квантовий число sназ. квантовим числом або просто С.; воно дорівнює для електрона, протона, нейтрона, нейтрино 1/2, для фотона 1, для p- і К мезонів 0.

З. наз. також власної. момент кількості руху атомного ядра, атома, мовляв. системи; в цьому випадку С. системи визначається як векторна сума С. окремих частинок: S

s = S. Так, С. ядра дорівнює цілому або напівцілому числу (позначається зазвичай I) в залежності від того, чи включає ядро ​​парне або непарне число протонів і нейтронів. Напр. , Для 1 Н I = 1/2, для 10 В I = 3, для 11 В I = 3/2, для 17 Про I = 5/2, для 16 Про I = 0. для атома Не в основному стані повний електронний С. S = 0, в першому збудженому стані S = 1. в суч. теоретич. фізиці, гл. обр. в теорії елементарних частинок, С.-часто називають повний момент кількості руху частки, що дорівнює сумі орбітального і власної. моментів. Концепція С. введена в 1925 Дж. Уленбеком і С. Гаудс-МіТОМ, к-які для інтерпретації експери. даних про розщеплення пучка атомів срібла в магн. поле припустили, що електрон можна розглядати Як обертається навколо своєї осі дзига з проекцією на напрямок поля, рівної

В тому ж році В. Паулі ввів поняття С. в математич. апарат нерелятивистской квантової механіки і сформулював принцип заборони, який стверджує, що дві тотожностей. частинки з напівцілим спіном не можуть одночасно перебувати в системі в одному і тому ж квантовому стані (див.

Паулі принцип).

Згідно з підходом В. Паулі, існують оператори s 2 і s z , к-які володіють собств. значеннями Р 2 s (s +> 1) і Рs z соотв. і діють нат. наз. спінові частини хвильової ф-ції a і b (спін-функції) так само, як оператори орбітального моменту кількості руху 2 і z діють на просторів. частина хвильової ф-ції Y (r), де r-радіус-вектор частинки. Оператори 2 і z підкоряються тим же правилам комутації, що і оператори 2 і z . Рівняння Дірака.

У 1928 П. Дираком було показано, що існування С. випливає з релятивістського (з урахуванням кінцівки швидкості світла) рішення задачі про рух електрона в електромагніт. поле. Ур-ня Дірака має формально такий же вигляд, що і ур-ня Шредінгера:

iРd Y

D / D Y

D (t -час). Оператор D

,> проте, лине по компонентах імпульсу електрона р, і якщо напруженість поля характеризується векторних потенціалом А з компонентами А х , А у , А z і скалярним потенціалом V, то де єї m-заряд і маса спокою електрона, с- швидкість світла. Оператори р х

, р у , р z мають звичайний вигляд: коефіцієнти a x , a у

, a z -матриці розміру 4 x 4 (матриці Дірака), 1-одинична матриця.Релятивістська хвильова ф-ція Y D для електрона, як і для будь-якої іншої частинки з С. 1/2, повинна бути 4-компонентної; зазвичай це висловлюють слід. записом: Ур-ня Дірака фактично є системою 4 ур-ний для 4 ф-ций F i і X i

, що залежать від координат х, у і zі часу t. Існування С. як власної. моменту кількості руху електрона випливає з того, що під час відсутності моменту зовн. сил оператор D комутує ні з оператором орбітального моменту L , як оператор Hв ур-ванні Шредінгера, а з оператором

J = L + S . Це означає, що не зберігається орбітальний момент кількості руху своб. електрона, а зберігається лише сума орбітального і деякого доповнить. моменту-спина. Ур-ня Дірака істотно спрощується при малих (щодо швидкості світла) швидкостях uклассіч. руху електрона, коли В нерелятивістському межі, коли маса електрона стає рівною масі спокою, X 1 і Х 2

спрямовуються до нуля, а оператор

D > переходить в т. зв. оператор Брейта-Паулі: де s Хімічна енциклопедія. - М.: Радянська енциклопедія. Під ред. І. Л. Кнунянц. 1988.