Spin und Drehimpuls [duplizieren]

Spin und Bahndrehimpuls sind zwei verschiedene Dinge, wie bereits in Anikets Antwort darauf hingewiesen wurde, aber es gibt einen guten Grund, warum wir Spin immer noch als "Spin" bezeichnen.

Denn das Einstein-de-Haas-Richardson-Experiment zeigt, dass der Elektronenspin tatsächlich von der Natur eines Drehimpulses ist, wenn auch nicht genau von einem "sich drehenden Elektron".

Als Goudsmit und Uhlenbeck ihre Theorie des Elektronenspins vorschlugen, stellten sie sich tatsächlich ein „sich drehendes Elektron“ vor, nur um von Lorentz herauszufinden, dass eine geladene sich drehende Kugel strahlen und die falsche Eigenenergie für ein Elektron haben würde. Sie schämten sich so sehr für ihren Fehler, dass sie die von ihnen geschriebene Arbeit stornieren wollten, aber ihr Berater Ehrenfest hatte sie bereits verschickt. Sein Kommentar war: „Du hast noch keinen Ruf, also hast du nichts zu verlieren“. Unabhängig davon war der wichtige Teil, der ihnen den Nobelpreis einbrachte, dass sie die Existenz eines neuen Quantenfreiheitsgrades für das Elektron erkannten und der Name „Spin“ blieb.

Das Einstein-de-Haas-Experiment setzt Spin und Drehimpuls auf sehr einfache Weise in Beziehung:

Hänge einen ferromagnetischen Stab an einer dünnen Schnur in einer Spule auf und verbinde die Spule mit einer Stromquelle. Wenn das Magnetfeld der Spule den ferromagnetischen Stab magnetisiert, dreht sich der Stab. Ändern Sie die Stromrichtung, die Stange dreht sich wieder. Durch die Drehimpulserhaltung muss diese Drehung durch eine gleich große und entgegengesetzte Drehimpulsänderung innerhalb des magnetisierten Materials kompensiert werden. Da die Magnetisierung durch die Ausrichtung des Elektronenspins erzeugt wird, folgt daraus, dass der Spin von der Natur eines Drehimpulses sein muss. (Eigentlich versuchten Einstein und de Haas zum Zeitpunkt des Experiments, die Hypothese von Ampère zu bestätigen, dass die Magnetisierung auf mikroskopische Ströme zurückzuführen ist, und die Theorie von Lorentz, dass die Ströme von Ampère auf Elektronen zurückzuführen sind).

Außerdem zeigt das Stern-Gerlach-Experiment, dass der Spin ebenso wie der Drehimpuls ein magnetisches Moment trägt. Die Schlussfolgerung ist, dass der Spin des Elektrons ein Quantenfreiheitsgrad der Natur eines Drehimpulses ist, der ein magnetisches Moment trägt. Es charakterisiert den Zustand des Elektrons unabhängig von seiner orts- (oder impuls-) abhängigen Wellenfunktion oder ist, wie Sie beobachtet haben, intrinsisch. Der Bahndrehimpuls hingegen betrifft die räumliche Wellenfunktion und ist das Analogon des klassischen Drehimpulses.

In der Quantenmechanik und Teilchenphysik ist der Spin eine intrinsische Form des Drehimpulses, der von Elementarteilchen, zusammengesetzten Teilchen (Hadronen) und Atomkernen getragen wird.

Der Spin ist eine von zwei Arten von Drehimpulsen in der Quantenmechanik, die andere ist der Bahndrehimpuls. Der Bahndrehimpuls-Operator ist das quantenmechanische Gegenstück zum klassischen Drehimpuls-Begriff: Er entsteht, wenn ein Teilchen eine Rotations- oder Torsionsbahn ausführt (z. B. wenn ein Elektron einen Kern umkreist).

In gewisser Weise ist Spin wie eine Vektorgröße; es hat eine bestimmte Größe und eine "Richtung" (aber durch die Quantisierung unterscheidet sich diese "Richtung" von der Richtung eines gewöhnlichen Vektors). Alle Elementarteilchen einer bestimmten Art haben den gleichen Spindrehimpuls, was durch die Zuordnung einer Spinquantenzahl zum Ausdruck gebracht wird.

Wie der Name schon sagt, wurde Spin ursprünglich als Rotation eines Teilchens um eine Achse verstanden. Dieses Bild ist insofern richtig, als der Spin denselben mathematischen Gesetzen gehorcht wie quantisierte Drehimpulse. Andererseits hat der Spin einige besondere Eigenschaften, die ihn von Bahndrehimpulsen unterscheiden:

1. Spinquantenzahlen können halbzahlige Werte annehmen.
2. Obwohl die Richtung seines Spins geändert werden kann, kann ein Elementarteilchen nicht dazu gebracht werden, sich schneller oder langsamer zu drehen.
3. Dem Spin eines geladenen Teilchens ist ein magnetisches Dipolmoment mit einem von 1 verschiedenen g-Faktor zugeordnet. Dies könnte klassischerweise nur auftreten, wenn die innere Ladung des Teilchens anders verteilt wäre als seine Masse.

Sie können auch diese Links von Wikipedia überprüfen: LINK 1 LINK 2

Es gibt ein sehr interessantes Am J Phys-Papier von Ohanian mit dem Titel „Was ist Spin?“. Sie können kostenlose PDF-Kopien auf Google finden, falls Sie keinen akademischen Zugang haben.

Er weist darauf hin, dass ALLE Formen des Drehimpulses, sogar der Spin, über die Beziehung aus dem linearen Impuls entstehen$\vec r \times \vec p$. Mit anderen Worten, sogar der Spin ist ein Bahndrehimpuls.

Dies steht im Gegensatz zu dem, was Sie vielleicht gehört haben, dass Spin eine magische Eigenschaft ist, die sich im Inneren des Punktteilchens versteckt, das das Elektron erzeugt. Ohanian weist darauf hin, dass das Elektron zwar ein Punktteilchen ist, aber es hat eine seltsame Quantenwellengleichung. Die „Spinnenheit“ ist ein unvermeidlicher, umlaufender Impuls, der in den räumlichen Eigenschaften der Wellenfunktion des Elektrons kodiert ist und nicht entfernt werden kann.

Aber nein, Sie können sich den Elektronenspin nicht so vorstellen, als wäre er ein Ball, der sich dreht. Vielmehr ist die beste Analogie zur zirkularen Polarisation von Licht (dh Photonen). Der Spin ist eine fundamentale Welleneigenschaft, die nicht in Bezug auf starre Körper dargestellt wird.