Verschiebung des Bezugsrahmenarguments bei der Spin-Orbit-Kopplung

Nehmen Sie ein Wasserstoffatom mit einem Elektron an e von Spin und Orbital um ein Proton e + ohne Spin.

Der Spin des Elektrons erzeugt ein magnetisches Spinmoment und seine Orbitalbewegung erzeugt ein Magnetfeld, da das Elektron als Strom proportional zur Ladung modelliert werden kann e . Die Schlüsselidee – nach meinem derzeitigen Verständnis – besteht darin, das System so zu modellieren, dass es eine Wechselwirkung zwischen dem Proton und dem Elektron gibt.

Das Standardargument dafür ist, das Referenzsystem vom Laborsystem auf das Elektronensystem umzuschalten. In diesem Elektronenrahmen befindet sich das Elektron S T A T ich Ö N A R j während das Proton um das Elektron kreist, ist eine Gegenrichtung zur Richtung des Elektrons, als ob das System vom Laborrahmen aus betrachtet würde. Das Proton verhält sich wie eine Stromschleife und erzeugt ein Magnetfeld.

Diese Wechselwirkung erzeugt eine potentielle Energie, die durch das magnetische Spinmoment des Elektrons und das Magnetfeld aufgrund der Umlaufbahn des Protons erzeugt wird.

Mathematisch: μ S B Ö R B ich T = v S P ich N Ö R B ich T Wo μ S ist das magnetische Spinmoment des Elektrons und B Ö R B ich T ist das Magnetfeld aufgrund des umkreisenden Protons.

Hier ist die Verwirrung:

Wenn das Elektron stationär ist, würde es in seinem Bezugssystem „keinen“ Spin und „keine“ Orbitalbewegung erfahren. Stattdessen würde es sehen, dass das Proton einen Spin und eine Umlaufbahn besitzt.

Dies würde dann die Verschiebung der Referenz strittig machen.

Wie würde dann μ S B Ö R B ich T = v S P ich N Ö R B ich T halten? Das Elektron ist stationär, also „kein“ Spin, richtig?

Stationäre Elektronen haben einen Spin. Jedes Elektron hat einen Spin.
Sie sollten sich wirklich nicht vorstellen, dass sich Elektronen tatsächlich drehen. Aber wenn Sie wirklich wollen, sollten Sie denken, dass wir in den COM-Rahmen des Elektrons gegangen sind, aber wir haben unserem Rahmen nicht erlaubt, sich zusammen mit dem Elektron zu drehen. Stellen Sie sich einen Ball vor, der sowohl durch die Luft fliegt als auch sich dreht. Wir rennen daneben, also sieht es jetzt stationär aus. Aber wir fangen NICHT an, uns mitzudrehen, also sieht es immer noch so aus, als würde es sich drehen. Wir sind in das Bezugssystem des Balls eingetreten, und der Ball dreht sich immer noch.
Ich denke, der COM-Frame war hilfreich. Eine physikalische Analogie, die ich zu finden versuchte, war eine Kugel mit x-, y- und z-Achse. Die Kugel dreht sich um die z-Achse, so dass der einzige "Spin" die x- und y-Achse ist, die sich nur um die z-Achse dreht. Die z-Achse bleibt stationär. Wenn ich "in" dieser z-Achse wäre, würde ich die Kollokation der Masse des Elektrons "drehen" und das Proton um die z-Achse des Elektrons kreisen sehen.@JahanClaes

Antworten (1)

Der Grund, warum Sie verwirrt sind, ist, dass "Spin" ein schlecht gewählter Name für das intrinsische magnetische Dipolmoment eines Elektrons ist. Das Elektron dreht sich nicht wirklich, um das magnetische Moment zu erzeugen, also ist der Spin in seinem eigenen System immer noch da.

Das hilft sehr.