Vad är spinnkvanttalet?

Spinnkvantnumret är det fjärde kvanttalet och indikerar orienteringen av den inneboende vinkelrörelsemängden för en elementarpartikel (som en elektron eller en kvark), för en sammansatt partikel (som neutroner och protoner) eller för en hel atomkärna . Som sådan är det ett tal som representerar, tillsammans med de andra tre kvanttalen, ett visst kvanttillstånd för en subatomär partikel.

Detta kvantantal upptäcktes under det första kvartalet av 1900-talet, efter att mycket mer exakta mätningar av atomära utsläppslinjespektra erhölls. En närmare granskning av dessa utsläppslinjer visade att det inte var enskilda linjer utan multiplar av linjer. Detta kunde bara förklaras genom att tillskriva elektronerna ett fjärde kvantantal av rörelsemängd som skulle kunna tolkas som rotationsriktningen för elektronen runt sin egen axel, liknande hur en topp (snurra) eller jorden kretsar runt till din. . I själva verket är detta anledningen till att det kallas spin, eftersom det ordet kommer från det engelska ordet spin som betyder att snurra.

Eftersom elektronen har en elektrisk laddning genererar denna rotation ett litet magnetfält som är riktat längs rotationsaxeln. Elektronen kan bara ha två motsatta snurr (+1/2 och -1/2) så den kan generera ett av två möjliga magnetfält som pekar i motsatta riktningar. Detta magnetfält är ansvarigt för fördubblingen av emissionslinjerna.

Vilka är de andra kvanttalen?

Före upptäckten av spinn var endast 3 kvanttal kända, som härrör från den matematiska lösningen av Schrödinger-ekvationen. Dessa är:

• Huvudkvantantal eller energinivå (n) . Detta kvanttal är associerat med hur nära en elektron är kärnan. Ju mindre den är, desto närmare centrum kommer den att vara.
• Sekundärt kvanttal eller rörelsemängd ( l ). Detta kvanttal är associerat med formen på den omloppsbana som en elektron upptar.
• Magnetiskt kvanttal (m _l ) . Förknippad med orienteringen i rymden av atomära orbitaler.

Sammantaget definierar varje kombination av dessa tre kvanttal en unik atomomloppsbana för en elektron, medan spinn identifierar en viss elektron.

Olika värden på spinn för olika typer av partiklar

Spinn är en inneboende egenskap hos elementarpartiklar, precis som elektrisk laddning är. Liksom elektrisk laddning kan partiklar bara ha vissa spin-värden med motsatta tecken. Faktum är att spinnet gör det möjligt att särskilja två olika klasser av partiklar i naturen, enligt de möjliga spinnvärdena de kan ha, som är fermioner och bosoner. Denna klassificering av partiklar kommer från den nuvarande modellen av materia, som kallas standardmodellen.

Fermionerna

Fermioner är de partiklar som är en del av det vi vet som materia: allt som har massa och upptar en plats i rymden. Denna familj av partiklar inkluderar kvarkar och leptoner (inklusive elektroner), som kännetecknas av att de följer Pauli-uteslutningsprincipen och genom att ha snurr på +1/2 eller -1/2 (som vanligtvis representeras som ↑ och ↓ eller spin upp och snurra ner).

När dessa elementarpartiklar går samman för att bilda kompositpartiklar (hadroner) kan olika spinntal som 3/2 och -3/2 erhållas.

Bosonerna

Bosonfamiljen består av partiklar som inte följer Pauli uteslutningsprincipen och kännetecknas av att ha ett spinn på 1. Man tror att elementära bosoner kan existera med andra spinnvärden som 0, 2, 3, etc. Man tror att dessa partiklar är ansvariga för existensen av alla kända krafter (elektromagnetisk kraft, gravitationskraft, stark kärnkraft och svag kärnkraft).

Egenskaper för spinnkvanttalet

• Den representeras av symbolen m _s eller av s.
• Eftersom det är ett kvanttal är dess värde kvantiserat, vilket innebär att det bara kan förvärva vissa värden som är multiplar av en minimikvantitet (kvantumet). Som förklarats för ett ögonblick sedan kan snurret bara ta värden på +1/2 och -1/2 för fermioner och 1 för bosoner (även om det kan finnas andra bosoner med olika snurr).
• Snurret kan bara anta värden som är heltalsmultiplar av ħ/2, där ħ är den reducerade plankkonstanten (h/2π).
• Om du mäter en elektrons spinn längs ett magnetfält får du bara värden på ħ/2 eller – ħ/2.