Spin (física)
El giro es una forma intrínseca de momento angular transportado por partículas elementales y, por lo tanto, por partículas compuestas ( hadrones ) y núcleos atómicos . [1] [2]
El giro es uno de los dos tipos de momento angular en mecánica cuántica, el otro es el momento angular orbital . El operador del momento angular orbital es la contraparte de la mecánica cuántica del momento angular clásico de la revolución orbital y aparece cuando hay una estructura periódica en su función de onda a medida que varía el ángulo. [3] [4] Para los fotones, el espín es la contraparte mecánica cuántica de la polarización de la luz; para los electrones, el espín no tiene una contraparte clásica. [ cita requerida ]
La existencia de un momento angular de espín de electrones se infiere de experimentos, como el experimento de Stern-Gerlach , en el que se observó que los átomos de plata poseían dos posibles momentos angulares discretos a pesar de no tener un momento angular orbital. [5] La existencia del espín del electrón también se puede inferir teóricamente a partir del teorema de espín-estadística y del principio de exclusión de Pauli ; y viceversa, dado el espín particular del electrón, se puede derivar el principio de exclusión de Pauli.
Spin se describe matemáticamente como un vector para algunas partículas, como los fotones, y como espinores y bispinos para otras partículas, como los electrones. Los espinores y bispinores se comportan de manera similar a los vectores : tienen magnitudes definidas y cambian con las rotaciones; sin embargo, utilizan una "dirección" poco convencional. Todas las partículas elementales de un tipo dado tienen la misma magnitud de momento angular de giro, aunque su dirección puede cambiar. Estos se indican asignando a la partícula un número cuántico de espín . [2]
La unidad SI de giro es el mismo que el momento angular clásica (es decir, N · m · s o Js o kg · m 2 · s -1 ). En la práctica, el espín se da como un número cuántico de espín adimensional dividiendo el momento angular de espín por la constante de Planck reducida ħ , que tiene las mismas dimensiones que el momento angular, aunque este no es el cálculo completo de este valor. Muy a menudo, el "número cuántico de espín" se llama simplemente "espín". El hecho de que sea un número cuántico está implícito.
Wolfgang Pauli en 1924 fue el primero en proponer una duplicación del número de estados electrónicos disponibles debido a una "rotación oculta" no clásica de dos valores. [6] En 1925, George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit de la Universidad de Leiden sugirieron la interpretación física simple de una partícula que gira alrededor de su propio eje, [7] en el espíritu de la antigua teoría cuántica de Bohr y Sommerfeld . [8] Ralph Kronig anticipó el modelo Uhlenbeck-Goudsmit en una discusión con Hendrik Kramers varios meses antes en Copenhague, pero no lo publicó. [8]La teoría matemática fue desarrollada en profundidad por Pauli en 1927. Cuando Paul Dirac derivó su mecánica cuántica relativista en 1928, el espín del electrón era una parte esencial de ella.
