Спин и угловой момент [дубликат]

Спин и орбитальный угловой момент - это две разные вещи, как уже указывалось в ответе Аникета, но есть веская причина, по которой мы все еще называем вращение «вращением».

Это связано с тем, что эксперимент Эйнштейна-де Хааса-Ричардсона показывает, что спин электрона действительно имеет природу углового момента, хотя и не совсем из-за «вращающегося электрона».

На самом деле, когда Гоудсмит и Уленбек предложили свою теорию спина электрона, они представили себе «вращающийся электрон», просто чтобы узнать от Лоренца, что заряженная вращающаяся сфера будет излучать и иметь неправильную собственную энергию для электрона. Они были так смущены своей ошибкой, что хотели аннулировать написанную ими статью, но их советник Эренфест уже разослал ее. Его комментарий был таким: «У вас еще нет репутации, так что вам нечего терять». Тем не менее, важная часть, которая принесла им Нобелевскую премию, заключалась в том, что они признали существование новой квантовой степени свободы для электрона, и название «спин» прижилось.

Эксперимент Эйнштейна-де Хааса очень просто связывает спин и угловой момент:

Подвесьте ферромагнитный стержень на тонкой нитке внутри катушки и подключите катушку к источнику питания. Поскольку магнитное поле катушки намагничивает ферромагнитный стержень, стержень вращается. Измените текущее направление, стержень снова начнет вращаться. По закону сохранения углового момента это вращение должно компенсироваться равным и противоположным изменением углового момента внутри намагниченного материала. Поскольку намагниченность создается путем выравнивания спина электронов, отсюда следует, что спин должен иметь природу углового момента. (На самом деле во время эксперимента Эйнштейн и де Хаас пытались подтвердить гипотезу Ампера о том, что намагниченность возникает из-за микроскопических токов, и теорию Лоренца о том, что токи Ампера были вызваны электронами).

Кроме того, эксперимент Штерна-Герлаха показывает, что спин, как и угловой момент, несет в себе магнитный момент. Вывод состоит в том, что спин электрона представляет собой квантовую степень свободы природы углового момента, несущего магнитный момент. Она характеризует состояние электрона независимо от его волновой функции, зависящей от положения (или импульса), или, как вы заметили, она является внутренней. С другой стороны, орбитальный угловой момент относится к пространственной волновой функции и является аналогом классического углового момента.

В квантовой механике и физике элементарных частиц спин — это внутренняя форма углового момента, которую несут элементарные частицы, составные частицы (адроны) и атомные ядра.

Спин - это один из двух типов углового момента в квантовой механике, второй - орбитальный угловой момент. Оператор орбитального углового момента является квантово-механическим аналогом классического понятия углового момента: он возникает, когда частица совершает вращательную или закручивающуюся траекторию (например, когда электрон вращается вокруг ядра).

В некотором смысле спин подобен векторной величине; он имеет определенную величину и имеет «направление» (но квантование делает это «направление» отличным от направления обычного вектора). Все элементарные частицы данного вида имеют одинаковую величину спинового углового момента, на что указывает присвоение частице спинового квантового числа.

Как следует из названия, спин изначально понимался как вращение частицы вокруг некоторой оси. Эта картина верна, поскольку спин подчиняется тем же математическим законам, что и квантованные угловые моменты. С другой стороны, у спина есть некоторые специфические свойства, которые отличают его от орбитальных угловых моментов:

1. Спиновые квантовые числа могут принимать полуцелые значения.
2. Хотя направление ее вращения можно изменить, элементарную частицу нельзя заставить вращаться быстрее или медленнее.
3. Спин заряженной частицы связан с магнитным дипольным моментом с g-фактором, отличным от 1. Это могло бы иметь место только классически, если бы внутренний заряд частицы был распределен иначе, чем ее масса.

Вы также можете проверить эти ссылки из Википедии: ССЫЛКА 1 ССЫЛКА 2

Есть очень интересная статья Оганяна Am J Phys под названием «Что такое спин?». Вы можете найти бесплатные копии PDF в Google, если у вас нет академического доступа.

Он указывает, что ВСЕ формы углового момента, даже спин, возникают из линейного количества движения через соотношение$\vec r \times \vec p$. Другими словами, даже спин есть орбитальный угловой момент.

Это противоречит тому, что вы, возможно, слышали, что спин — это магическое свойство, скрытое внутри точечной частицы, из которой состоит электрон. На что указывает Оганян, так это на то, что электрон — это точечная частица, но у него странное квантово-волновое уравнение. «Вращение» — это неизбежный циркулирующий линейный импульс, закодированный в пространственных свойствах волновой функции электрона, и его нельзя удалить.

Но нет, вы не можете думать о спине электрона, как о вращающемся шаре. Наилучшей аналогией является круговая поляризация света (т.е. фотонов). Спин — это фундаментальное волновое свойство, которое не имеет представления в терминах твердых тел.