หมายเลขควอนตัมสปินคืออะไร?

เลขควอนตัมสปิน คือเลขควอนตัมตัวที่สี่และระบุทิศทางของโมเมนตัมเชิงมุมภายในของอนุภาคมูลฐาน (เช่น อิเล็กตรอนหรือควาร์ก) ของอนุภาคประกอบ (เช่น นิวตรอนและโปรตอน) หรือนิวเคลียสของอะตอมทั้งหมด . ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นตัวเลขที่แสดงถึงสถานะควอนตัมเฉพาะของอนุภาคย่อยพร้อมกับเลขควอนตัมอีกสามตัว

เลขควอนตัมนี้ถูกค้นพบในช่วงไตรมาสแรกของศตวรรษที่ 20 หลังจากที่ได้การวัดสเปกตรัมเส้นการปล่อยอะตอมที่แม่นยำกว่ามาก การตรวจสอบอย่างใกล้ชิดของสายการปล่อยมลพิษเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าไม่ใช่สายเดี่ยวแต่มีหลายสาย สิ่งนี้สามารถอธิบายได้โดยการระบุโมเมนตัมเชิงมุมที่สี่ของอิเล็กตรอนซึ่งสามารถ ตีความได้ว่าเป็นทิศทางการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมันเองคล้ายกับวิธีที่ด้านบน (ด้านบนหมุน) หรือโลกหมุนรอบตัวเอง . ความจริงแล้วทำไมมันถึงเรียกว่า spin เพราะคำนี้มาจากคำภาษาอังกฤษspinที่แปลว่า หมุน

เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้า การหมุนนี้จึงสร้างสนามแม่เหล็กขนาดเล็กที่พุ่งไปตามแกนของการหมุน อิเล็กตรอนสามารถมีสปินตรงกันข้ามได้ 2 ครั้งเท่านั้น (+1/2 และ -1/2) ดังนั้นมันจึงสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่เป็นไปได้ 1 ใน 2 สนามที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม สนามแม่เหล็กนี้มีหน้าที่ในการเพิ่มเส้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นสองเท่า

ตัวเลขควอนตัมอื่น ๆ คืออะไร?

ก่อนการค้นพบสปิน มีเพียง 3 เลขควอนตัมเท่านั้นที่ทราบซึ่งเกิดจากการแก้สมการทางคณิตศาสตร์ของชโรดิงเงอร์ เหล่านี้คือ:

• เลขควอนตัมหลักหรือระดับพลังงาน (n ) เลขควอนตัมนี้สัมพันธ์กับระยะที่อิเล็กตรอนเข้าใกล้นิวเคลียส ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าใดก็จะยิ่งเข้าใกล้ศูนย์กลางมากขึ้นเท่านั้น
• เลขควอนตัมทุติยภูมิหรือโมเมนตัมเชิงมุม ( l ) เลขควอนตัมนี้สัมพันธ์กับรูปร่างของวงโคจรที่อิเล็กตรอนครอบครอง
• หมายเลขควอนตัมแม่เหล็ก (มล_. ) . เกี่ยวข้องกับการวางแนวในอวกาศของวงโคจรของอะตอม

เมื่อนำมารวมกัน การรวมกันของเลขควอนตัมทั้งสามนี้จะกำหนดวงโคจรของอะตอมที่ไม่ซ้ำกันสำหรับอิเล็กตรอน ในขณะที่สปินจะระบุอิเล็กตรอนเฉพาะ

ค่าการหมุนที่แตกต่างกันสำหรับอนุภาคประเภทต่างๆ

สปินเป็นคุณสมบัติภายในของอนุภาคมูลฐาน เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้า นอกจากนี้ เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้า อนุภาคสามารถมีค่าการหมุนบางอย่างที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามเท่านั้น ในความเป็นจริง สปินทำให้สามารถแยกแยะความแตกต่างของอนุภาคในธรรมชาติได้สองประเภท ตามค่าสปินที่เป็นไปได้ที่อนุภาคเหล่านี้มีได้ ซึ่งได้แก่ เฟอร์มิออนและโบซอน การจำแนกประเภทของอนุภาคนี้มาจากแบบจำลองของสสารในปัจจุบันที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน

เฟอร์มิออน

เฟอร์มิออนเป็นอนุภาคที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เรารู้ว่าเป็นสสาร: ทุกสิ่งที่มีมวลและอยู่ในอวกาศ อนุภาคในตระกูลนี้รวมถึงควาร์กและเลปตอน (รวมถึงอิเล็กตรอน) ซึ่งแสดงลักษณะตามหลักการกีดกันของเพาลี และมีสปิน+1/2 หรือ -1/2 (ซึ่งมักจะแสดงเป็น↑ และ↓ หรือสปินขึ้น และหมุนลง)

เมื่ออนุภาคมูลฐานเหล่านี้รวมกันเป็นอนุภาคประกอบ (แฮดรอน) จะได้จำนวนการหมุนที่แตกต่างกัน เช่น 3/2 และ -3/2

เดอะบอสส์

ตระกูลโบซอนประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่เป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลีและมีลักษณะเฉพาะโดยมีสปินเท่ากับ 1 เชื่อกันว่าโบซอนมูลฐานสามารถดำรงอยู่ได้ด้วยค่าสปินอื่นๆ เช่น 0, 2, 3 เป็นต้น เชื่อกันว่าอนุภาคเหล่านี้มีส่วนรับผิดชอบต่อการมีอยู่ของแรงที่รู้จักทั้งหมด (แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน)

คุณสมบัติของเลขควอนตัมสปิน

• มันแทนด้วยสัญลักษณ์ m _sหรือโดย s
• เนื่องจากเป็นเลขควอนตัม ค่าของมันคือควอนตัม ซึ่งหมายความว่าสามารถรับค่าบางอย่างที่เป็นจำนวนทวีคูณของปริมาณขั้นต่ำ (ควอนตัม) เท่านั้น ตามที่ได้อธิบายไปเมื่อสักครู่ที่ผ่านมา สปินสามารถรับค่าได้เฉพาะ +1/2 และ -1/2 สำหรับเฟอร์มิออน และ 1 สำหรับโบซอน (แม้ว่าอาจมีโบซอนอื่นที่มีสปินต่างกัน)
• การหมุนสามารถรับค่าที่เป็นจำนวนเต็มทวีคูณของ ħ/2 เท่านั้น โดยที่ ħ คือค่าคงที่ของ Plank ที่ลดลง (h/2π)
• หากคุณวัดการหมุนของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก คุณจะได้ค่า ħ/2 หรือ – ħ/2 เท่านั้น