Tabla de Contenidos
Spin-kvantetallet er det fjerde kvantetal og angiver orienteringen af den iboende vinkelmomentum af en elementær partikel (såsom en elektron eller en kvark), af en sammensat partikel (såsom neutroner og protoner) eller af en hel atomkerne . Som sådan er det et tal, der sammen med de tre andre kvantetal repræsenterer en bestemt kvantetilstand af en subatomær partikel.
Dette kvantetal blev opdaget i løbet af den første fjerdedel af det 20. århundrede, efter at meget mere præcise målinger af atomare emissionslinjespektre blev opnået. En nærmere inspektion af disse emissionslinjer viste, at der ikke var tale om individuelle linjer, men multipler af linjer. Dette kunne kun forklares ved at tilskrive elektronerne et fjerde kvantetal af vinkelmomentum, der kunne fortolkes som elektronens rotationsretning omkring sin egen akse , svarende til hvordan en top (spinning top) eller jorden drejer rundt til din . Det er faktisk grunden til, at det kaldes spin, da det nævnte ord kommer fra det engelske ord spin , som betyder at spinde.
Da elektronen har en elektrisk ladning, genererer denne rotation et lille magnetfelt, der er rettet langs rotationsaksen. Elektronen kan kun have to modsatte spins (+1/2 og -1/2), så den kan generere et af to mulige magnetfelter, der peger i modsatte retninger. Dette magnetfelt er ansvarlig for fordoblingen af emissionslinjerne.
Hvad er de andre kvantetal?
Før opdagelsen af spin kendte man kun til 3 kvantetal, som stammer fra den matematiske løsning af Schrödinger-ligningen. Disse er:
- Hovedkvantetal eller energiniveau (n) . Dette kvantetal er forbundet med, hvor tæt en elektron er på kernen. Jo mindre den er, jo tættere på midten vil den være.
- Sekundært kvantetal eller vinkelmomentum ( l ). Dette kvantetal er forbundet med formen af den orbital, som en elektron optager.
- Magnetisk kvantetal ( ml ) . Forbundet med orienteringen i rummet af atomare orbitaler.
Tilsammen definerer hver kombination af disse tre kvantetal en unik atomorbital for en elektron, mens spin identificerer en bestemt elektron.
Forskellige værdier af spin for forskellige typer partikler
Spin er en iboende egenskab ved elementarpartikler, ligesom elektrisk ladning er det. Ligesom elektrisk ladning kan partikler kun have bestemte spinværdier med modsatte fortegn. Faktisk gør spindet det muligt at skelne mellem to forskellige klasser af partikler i naturen, i henhold til de mulige spin-værdier, de kan have, som er fermioner og bosoner. Denne klassificering af partikler kommer fra den nuværende model af stof, kaldet standardmodellen.
Fermionerne
Fermioner er de partikler, der er en del af det, vi kender som stof: alt, der har masse og optager en plads i rummet. Denne familie af partikler omfatter kvarker og leptoner (inklusive elektroner), som er kendetegnet ved at overholde Pauli udelukkelsesprincippet og ved at have spins på +1/2 eller -1/2 (som normalt er repræsenteret som ↑ og ↓ eller spin op og snurre ned).
Når disse elementære partikler går sammen og danner sammensatte partikler (hadroner), kan der opnås forskellige spintal såsom 3/2 og -3/2.
Bosonerne
Bosonfamilien består af partikler, der ikke følger Pauli udelukkelsesprincippet og er kendetegnet ved at have et spin på 1. Det menes, at elementære bosoner kan eksistere med andre spinværdier som 0, 2, 3 osv. Det menes, at disse partikler er ansvarlige for eksistensen af alle kendte kræfter (elektromagnetisk kraft, gravitationskraft, stærk kernekraft og svag kernekraft).
Egenskaber for spin-kvantetallet
- Det er repræsenteret ved symbolet m s eller ved s.
- Da det er et kvantetal, er dets værdi kvantiseret, hvilket betyder, at det kun kan erhverve visse værdier, der er multipla af en minimumsmængde (kvantum). Som forklaret for et øjeblik siden kan spin kun tage værdier på +1/2 og -1/2 for fermioner og 1 for bosoner (selvom der kan være andre bosoner med forskellige spins).
- Spindet kan kun antage værdier, der er heltals multipla af ħ/2, hvor ħ er den reducerede plankekonstant (h/2π).
- Hvis du måler en elektrons spin langs et magnetfelt, får du kun værdier på ħ/2 eller – ħ/2.
