Илья Циликов
10 ноября 19:16.
159

Что такое спин?

Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
1
1 ответ
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Спин - это собственный момент импульса (элементарной) частицы, не связанный с ее поступательным движением. Что это такое объяснить сложно (можно сказать "вращение", но это очень такое своеобразное "вращение"), поскольку это специфическая характеристика элементарных частиц, не имеющая прямой аналогии в макромире. Но вот насчет значения спина, как Вы спросили в комментариях - это проиллюстировать (не объяснить!) проще. Будем считать, что спин - это число обратное тому, сколько раз нужно повернуть предмет вокруг своей оси, чтобы он совместился сам с собой. Или по-другому - число, которое показывает на сколько частей нужно разделить полный оборот, чтобы предмет совместился сам с собой.

Спин = 1, обратное ему число - 1. То есть, предмет нужно один раз повернуть на 360 градусов, чтобы он совместился сам с собой. Это ситуация какого-то произвольного предмета, не обладающего симметрией, скажем, возьмите ложку. Ее нужно повернуть вокруг своей оси на 360 градусов, чтобы она совместилась сама с собой (на самом деле практически любой неидеальный предмет имеет какие-то дефекты, там, неровности, по которым всегда можно понять, что он не совместился сам с собой при обороте меньше, чем на 360 градусов. Можно пренебречь деталями, тогда у предметов есть какая-то более высокая симметрия. Скажем, ось 4-го порядка у деревянной табуретки есть, но только до тех пор, пока Вы не учитываете расположение сучков на досках, как только начали учитывать - ось пропала).

Спин = 2, обратное ему число - 1/2, то есть достаточно повернуть предмет на полоборота (180 градусов), чтобы он совместился сам с собой, а за полный оборот (360 градусов) он совмещается с собой 2 раза. Например, возьмите идеально чистый лист бумаги А4 положите на стол и вращайте. Когда Вы его перевернете на 180 градусов (полоборота, что называется "вверх ногами") он совместится сам с собой, поскольку про идеально чистый лист бумаги нельзя сказать, когда он лежит "вниз ногами", а когда "вверх ногами".

Спин = 1/2, обратное ему число - 2. Это значит, что нужно два раза повернуть предмет вокруг своей оси (360 х 2 = 780 градусов), чтобы он совместился сам с собой. Это представить сложнее, но в принципе в интернете есть такой популярный рисуночек с кубиком, из граней которого выходят спиралью закручивающиеся палки. Такой вот хитрый предмет - если один раз его обернуть вокруг своей оси, то он сам с собой не совместится, нужно еще один раз обернуть.

Спин = 0, обратное ему число, условно - бесконечность. Это значит, что за полный оборот этот предмет бесконечное число раз совмещается сам с собой. Это просто напросто точка. Как ее ни крути, хоть на градус, хоть на 0.001 градуса - она всегда остается совмещенной сама с собой.

5

Это объяснение я встречал, но прежде я понимал, что спин электрона 1/2 означает, что на одной орбите может быть не более 2 электронов. Но если это так, то где связь с таким пониманием? И почему целое значение спинов у бозонов в этом смысле меняет их свойства. Вот эту взаимосвязь я затрудняюсь понять. Или то, что на одной орбите может быть не более 2 электронов следует из чего-то другого?

0
Ответить

Ну... в некоторой степени это так, полуцелый спин и то, что на одной орбитали не может быть больше 2х электронов - это связанные вещи, но связь эта не такая простая. Есть принцип Паули, что два тождественных фермиона (т.е. частицы с полуцелым спином) не могут находится в системе в одинаковых состояниях. Для электрона возможны два спиновых состояния: 1/2 и -1/2, отсюда и 2 электрона на одной орбитали. Третий неминуемо окажется в том же состоянии, что и один из предыдущих, поэтому попасть на орбиталь не может. Но число два определяется здесь тем, что есть + и - состояние, а не тем, что оно 1/2. То есть, грубо говоря, если бы у электрона был спин 3/2, то на одной орбитали все равно можно было бы разместить 2 электрона (а не, скажем, 2/3 :) ).

Частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми-Дирака, а частицы с целым спином - статистике Бозе-Эйнштейна. Вот, что является ключевым. 

+1
Ответить

Нет, никакой прямой связи между тем какой спин имеют частицы и подчиняются ли они принципу Паули нет. Это теорема, которая следует из СТО и ряда достаточно общих физических предположений. Лично я не знаю простого физического объяснения этой теореме, хотя существуют более-менее физически наглядные для специалиста примеры, объясняющие почему так происходит.

0
Ответить
Ещё 2 комментария

Но ведь для бозонов этот принцип не действует, если бы мы имели внутри атома систему бозонов, то они могли бы, наверное, занимать одинаковые состояния в определенных ситуациях. Что мы и видим у реально существующих систем бозонов. Разве нет? Я не говорю, что одно следует из другого, но связь по-моему есть. Точнее говоря, разница статистик Б-Э и Ф-Д как раз в этом, а уж что там из чего вытекает, я не компетентен рассуждать.

0
Ответить

Связь безусловно есть, есть даже теорема, что если верна СТО и ряд довольно общих предположений вроде положительности предсказываемой квантовой механикой вероятности, то это всегда так, частицы с целым спином всегда бозоны. Частицы с полуцелым всегда фермионы.
Я просто хочу сказать, что эта связь неочевидна, я не знаю какого-то простого красивого аргумента, который можно было бы объяснить неспециалисту, почему так должно быть. Почему у электрона спин не один, скажем.
Физически теорема возникает из того, что при повороте на 360 градусов полуцелый спин переходит в минус себя и пара электронов при перестановке должна переходить в минус себя. И при определенных условиях в определенных корреляторах поворот на 360 градусов и перестановку можно связать. Еще хорошую интуицию дает модель Изинга в критической точке, которую можно переписать как модель свободного двумерного электрона с помощью трюка. Но для неспециалиста все это будет абстрактно и непонятно.

+1
Ответить
Прокомментировать
Ответить