Spin

Ehhez a szócikkhez további forrásmegjelölések, lábjegyzetek szükségesek az ellenőrizhetőség érdekében. Emiatt nem tudjuk közvetlenül ellenőrizni, hogy a szócikkben szereplő állítások helytállóak-e. Segíts a szócikk fejlesztésében további megbízható források hozzáadásával.

A spin vagy sajátperdület (más szóval saját-impulzusmomentum) a kvantummechanikai részecskék perdületének egyik összetevője.^[1] A másik összetevő a pályaperdület, mely a klasszikus mechanikából ismert perdület kvantummechanikai megfelelője, és a részecskék térbeli forgó mozgását jellemzi. A spin viszont független a részecskék térbeli mozgásától: önálló, belső szabadsági foka a kvantummechanikai részecskéknek, melynek a klasszikus mechanikában nincs megfelelője. A spinnel rendelkező részecskék ugyanakkor mágneses dipólusként viselkedhetnek, vagyis egy kis áramhurokhoz hasonló mágneses teret hozhatnak létre maguk körül. A pályaperdülethez hasonlóan a spin is vektormennyiség, melyet nagysága és iránya jellemez; ábrákon nyíllal szokás jelölni.

A kvantummechanikai részecskék a spinjük szerint két csoportba: a félegész (1/2, 3/2, 5/2,...) vagy az egész (0, 1, 2,...) spinű részecskék csoportjába sorolhatók.^[2] Az előbbieket fermionoknak, az utóbbiakat pedig a bozonoknak nevezik. A fermionok és a bozonok közötti legfontosabb különbség, hogy a fermionokra érvényes az ún. Pauli-elv, ami kimondja, hogy két fermion nem lehet ugyanabban a kvantumállapotban. A kémiai jelenségekben alapvető szerepet játszik, hogy az 1/2-es spinű elektron a fermionok közé tartozik, s így érvényes rá a Pauli-elv. Például emiatt szerveződnek a kémiai elemek periódusos rendszerbe. Az elektronon kívül fermion még a proton és a neutron, valamint az elemi részecskék közül a kvarkok és a leptonok. A bozonok közé tartozik az elemi részecskék közül a foton, a W- és Z-bozonok, a gluon, valamint a Higgs-bozon. A páratlan tömegszámú atommagok fermionok, a páros tömegszámúak pedig bozonok.

A spin ismerete elengedhetetlen a modern elméleti fizika megértéséhez. A spin ismeretében írhatóak csak le a részecskefizikában az elemi részecskék fajtái,^[2] továbbá a magfizikában az atommagok^[3], a molekulafizikában pedig az atomok, az ionok és a molekulák tulajdonságai.^[4] A szilárdtestfizikában a spin ismerete nélkül nem érthető meg sem a para-, sem a ferromágnesség, sem pedig a Hall-effektus, a szupravezetés és a szuperfolyékonyság.^[5] A termodinamikát megalapozó statisztikus fizika alapmodelljei közé tartoznak a spinnel rendelkező, egy helyben álló részecskékből felépülő rendszerek, például az Ising-modell és a Heisenberg-modell.^[6] A kémiában a különböző elemek és vegyületek tulajdonságai, reakciói is csak az elektron spinjének figyelembevételével értelmezhetőek.^[7]

A spinnek és a hozzá kapcsolódó mágneses dipólusnak központi szerepe van számos modern technológiában, például a mágneses magrezonancián alapuló MR-képalkotásban, és az elektronspin-rezonancián alapuló spektroszkópiai, kémiai vizsgálatokban.^[8] A spin szintén fontos szerephez jut a kvantumszámítógépek elméletében és gyakorlati megvalósításában: a kvantumbit megfeleltethető egy 1/2-es spinű részecske spinjének.^[9]

1. ↑ J. J. Sakurai: Modern quantum mechanics. San Fu Tuan. Rev. ed. 1994. ISBN 0-201-53929-2 Hozzáférés: 2021. április 20.  
2. ↑ ^{a b} Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder: An introduction to quantum field theory. 2019. ISBN 978-0-201-50397-5 Hozzáférés: 2021. április 20.  
3. ↑ Fényes Tibor: Atommagfizika 1. 2., korszerűsített kiadás. 2009. ISBN 978-963-473-328-7 Hozzáférés: 2021. április 20.  
4. ↑ László István, Udvardi László. Atom- és molekulafizika 
5. ↑ Sólyom Jenő: A modern szilárdtest-fizika alapjai. 2009. ISBN 978-963-284-097-0 Hozzáférés: 2021. április 20.  
6. ↑ Leo P Kadanoff: Statistical Physics. 2000–05. ISBN 978-981-02-3758-5 Hozzáférés: 2021. április 22.  
7. ↑ Introductory chemistry. Open Textbook Library. [2011]–. ISBN 978-1-4533-1107-3 Hozzáférés: 2021. április 22.  
8. ↑ Chandran Karunakaran: Spin resonance spectroscopy : principles and applications. 2018. ISBN 978-0-12-813609-6 Hozzáférés: 2021. április 22.  
9. ↑ Michael A. Nielsen – Isaac L. Chuang: Quantum information theory. 528–607. o. ISBN 978-0-511-97666-7 Hozzáférés: 2021. április 20.