Spinul

 

În mecanica cuantică și fizica particulelor elementare, se numește spin momentul cinetic intrinsec al unei particule (electron, proton, atom, ...). În mecanica clasică, impulsul unghiular al unui corp este asociat cu rotația corpului în jurul propriului său centru de masă. În mecanica cuantică, spinul este deosebit de important pentru sistemele de dimensiuni atomice, cum ar fi atomii, protonii, sau electronii. Astfel de particule au anumite caracteristici neclasice iar pentru ele, impulsul unghiular intrinsec nu poate fi asociat cu o rotație[necesită citare] ci se referă doar la prezența impulsului unghiular. Conceptul de spin pentru particule elementare a fost propus inițial de Ralph Kronig, George Uhlenbeck și Samuel Goudsmit, în 1925 ca fiind o rotație a particulelor în jurul axei proprii.

​

Una dintre cele mai remarcabile descoperiri asociate cu fizica cuantică este faptul că particulele elementare pot avea impuls unghiular nenul. Particulele elementare sunt particule ce nu pot fi divizate în unități mai mici, cum ar fi fotonul, electronul, și diferitele quarkuri. Studii teoretice și experimentale au arătat că spinul acestor particule nu poate fi explicat prin postularea ideii că ele sunt compuse din particule și mai mici care se rotesc în jurul unui centru comun de masă; din câte se știe, aceste particule elementare sunt cu adevărat punctiforme. Spinul lor este o proprietate fizică intrinsecă a acestor particule, din aceeași categorie cu masa sau sarcina electrică.

​

Conform mecanicii cuantice, impulsul unghiular al oricărui sistem este cuantificat. Modulul impulsului unghiular S, poate lua valori doar conform acestei relații:

​

 

                                                                                 

unde h este constanta lui Planck redusă, iar s este un număr nenegativ întreg sau semiîntreg (0, 1/2, 1, 3/2, 2, etc.), denumit numarul cuantic de spin. De exemplu, electronii (care sunt particule elementare) sunt denumite particule cu "spin-1/2" deoarece spinul lor este s = 1/2.

​

Spinul fiecărei particule elementare are o valoare S fixă care depinde doar de tipul particulei, și nu poate fi modificat prin niciun mijloc cunoscut (deși este posibil să fie modificată direcția vectorului impuls unghiular). Fiecare electron are s = 1/2. Alte particule elementare cu spin 1/2 sunt neutrinii și quarkurile. Pe de altă parte, fotonii sunt particule cu spin 1, iar gravitonul (particulă ipotetică) are spinul 2. Altă particulă ipotetică, bosonul Higgs este unică între particulele elementare, având spinul zero.

​

Spinul particulelor compuse, cum ar fi protonii, neutronii, nucleii atomici, și atomii, este alcătuit din spinurile particulelor constituente, iar impulsul lor unghiular este suma dintre spinul particulelor și impulsul unghiular orbital al mișcărilor acestor particule componente unele în jurul celorlalte. Condiția de cuantificare a impulsului unghiular se aplică atât particulelor elementare cât și celor compuse. Se spune despre unele particule compuse că au un spin definit, ca și cele elementare; de exemplu, protonul are spinul 1/2. Prin aceasta se înțelege spinul stării interne de energie minimă a particulei compuse.

​

Spinul particulelor:

​

Aproape toate particulele, atât reale, cât și presupuse, au spini cuprinși între 0 și 2:

Spin 0: bosonul lui Higgs;

Spin 1/2: electronul, pozitronul, protonul, neutronul, quarcii etc.;

Spin 1: fotonul, bosonii W± și Z0;

Spin 2: gravitonul.