CHto takoe spin v fizike?

Vopros: CHto takoe spin v fizike?

Otvet: Ponyatie spina celikom i polnost'yu otnositsya k kvantovoj mehanike. Osnovy kvantovoj mehaniki byli zalozheny v nachale XX veka.

Rassmotrim slozhnuyu chasticu (skazhem, atomnoe yadro), pokoyashchuyusya kak celoe i nahodyashchuyusya v opredelennom vnutrennem sostoyanii. Pomimo opredelennoj vnutrennej energii ona obladaet takzhe i opredelennym po svoej velichine $\vec{L}$ momentom ($L$ -- u nas celoe ili poluceloe chislo, tak kak v sluchae kvantovoj mehaniki energiya i moment impul'sa izmenyayutsya skachkami -- kvantami), svyazannym s dvizheniem chastic vnutri nee (v klassicheskoj mehanike moment harakterizuet vrashchenie tela); etot moment mozhet eshche imet' $2L+1$ razlichnyh orientacij prostranstve (proekciya momenta na os' z dolzhna menyat'sya kvantovym obrazom ot $-L$ do $L$ -- otsyuda i $2L+1$ vozmozhnyh kombinacij orientacii chasticy s momentom $L$ v prostranstve). Drugimi slovami, pri rassmotrenii dvizheniya slozhnoj chasticy kak celogo my dolzhny, naryadu s koordinatami, pripisyvat' ej eshche i odnu diskretnuyu -- proekciyu ee vnutrennego momenta na nekotoroe izbrannoe napravlenie v prostranstve.

No pri ukazannom vyshe ponimanii smysla momenta stanovitsya nesushchestvennym vopros o ego proishozhdenii, my prihodim estestvennym obrazom k predstavleniyu o "sobstvennom" momente, kotoryj dolzhen byt' pripisan chasticy vne zavisimosti ot togo yavlyaetsya li ona "slozhnoj" ili "elementarnoj" (nedelimoj).

Takim obrazom, v kvantovoj mehanike elementarnoj chastice sleduet pripisat' nekotoryj "sobstvennyj" moment, ne svyazannyj s ee dvizheniem v prostranstve. |to svojstvo elementarnyh chastic yavlyaetsya specificheski kvantovym (ischezayushchim pri perehode k klassicheskoj mehanike) i poetomu principial'no ne dopuskaet klassicheskoj interpretacii. V chastnosti bylo by sovershenno bessmyslennym predstavlyat' sebe "sobstvennyj" moment elementarnoj chasticy kak rezul'tat ee vrashcheniya "vokrug svoej osi" (razmer elektrona raven 0 -- sovershenno neponyatno kak ego vrashchat').

Sobstvennyj moment chasticy nazyvayut ee SPINOM, v otlichii ot momenta, svyazannogo s dvizheniem chasticy v prostranstve, o kotorom govoryat kak ob orbital'nom momente.

Fizicheskaya ideya o nalichii u elektrona sobstvennogo vnutrennego momenta byla vyskazana Ulenbekom i Gaudsmitom (G. Uhlenbeck, S. Gaudsmit, 1925). V kvantovuyu mehaniku spin byl vveden Pauli (W. Pauli, 1927).

Na estestvennyj dlya fizika vopros: A mozhno li zhit' bez spina? -- otveta net, tak kak otsutstvie spina trebuet kardinal'noj peredelki vsej kvantovoj mehaniki, kotoraya podtverzhdaetsya mnozhestvom eksperimentov. Na segodnya sushchestvovanie spina u elementarnyh chastic somneniyu ne podvergaetsya.

Rekomenduemaya literatura: Fejmanovskie Lekcii po Fizike, 8-9 tom, kvantovaya mehanika