Ποιος είναι ο κβαντικός αριθμός σπιν;

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Ο κβαντικός αριθμός σπιν είναι ο τέταρτος κβαντικός αριθμός και υποδεικνύει τον προσανατολισμό της εγγενούς γωνιακής ορμής ενός στοιχειώδους σωματιδίου (όπως ένα ηλεκτρόνιο ή ένα κουάρκ), ενός σύνθετου σωματιδίου (όπως τα νετρόνια και τα πρωτόνια) ή ενός ολόκληρου ατομικού πυρήνα . Ως εκ τούτου, είναι ένας αριθμός που αντιπροσωπεύει, μαζί με τους άλλους τρεις κβαντικούς αριθμούς, μια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση ενός υποατομικού σωματιδίου.

Αυτός ο κβαντικός αριθμός ανακαλύφθηκε κατά το πρώτο τέταρτο του 20ου αιώνα, μετά από πολύ πιο ακριβείς μετρήσεις των φασμάτων γραμμής ατομικής εκπομπής. Μια πιο προσεκτική επιθεώρηση αυτών των γραμμών εκπομπής έδειξε ότι δεν ήταν μεμονωμένες γραμμές αλλά πολλαπλάσια γραμμές. Αυτό θα μπορούσε να εξηγηθεί μόνο αποδίδοντας στα ηλεκτρόνια έναν τέταρτο κβαντικό αριθμό γωνιακής ορμής που θα μπορούσε να ερμηνευθεί ως η φορά περιστροφής του ηλεκτρονίου γύρω από τον δικό του άξονά , παρόμοια με το πώς μια κορυφή (περιστρεφόμενη κορυφή) ή η γη περιστρέφεται γύρω από τον δικό σας . Στην πραγματικότητα, αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ονομάζεται spin, καθώς η εν λόγω λέξη προέρχεται από την αγγλική λέξη spin που σημαίνει περιστροφή.

Ποιος είναι ο κβαντικός αριθμός σπιν

Δεδομένου ότι το ηλεκτρόνιο έχει ηλεκτρικό φορτίο, αυτή η περιστροφή δημιουργεί ένα μικρό μαγνητικό πεδίο που κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα περιστροφής. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να έχει μόνο δύο αντίθετα σπιν (+1/2 και -1/2), έτσι μπορεί να δημιουργήσει ένα από τα δύο πιθανά μαγνητικά πεδία που δείχνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό το μαγνητικό πεδίο είναι υπεύθυνο για τον διπλασιασμό των γραμμών εκπομπής.

Ποιοι είναι οι άλλοι κβαντικοί αριθμοί;

Πριν την ανακάλυψη του σπιν, ήταν γνωστοί μόνο 3 κβαντικοί αριθμοί, οι οποίοι προκύπτουν από τη μαθηματική λύση της εξίσωσης Schrödinger. Αυτά είναι:

  • Κύριος κβαντικός αριθμός ή επίπεδο ενέργειας (n) . Αυτός ο κβαντικός αριθμός σχετίζεται με το πόσο κοντά είναι ένα ηλεκτρόνιο στον πυρήνα. Όσο μικρότερο είναι, τόσο πιο κοντά στο κέντρο θα είναι.
  • Δευτερεύων κβαντικός αριθμός ή γωνιακή ορμή ( l ). Αυτός ο κβαντικός αριθμός σχετίζεται με το σχήμα του τροχιακού που καταλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο.
  • Μαγνητικός κβαντικός αριθμός (m l ) . Συνδέεται με τον προσανατολισμό στο χώρο των ατομικών τροχιακών.

Συνολικά, κάθε συνδυασμός αυτών των τριών κβαντικών αριθμών ορίζει ένα μοναδικό ατομικό τροχιακό για ένα ηλεκτρόνιο, ενώ το σπιν προσδιορίζει ένα συγκεκριμένο ηλεκτρόνιο.

Διαφορετικές τιμές περιστροφής για διαφορετικούς τύπους σωματιδίων

Το σπιν είναι μια εγγενής ιδιότητα των στοιχειωδών σωματιδίων, όπως και το ηλεκτρικό φορτίο. Επίσης, όπως το ηλεκτρικό φορτίο, τα σωματίδια μπορούν να έχουν μόνο συγκεκριμένες τιμές σπιν με αντίθετα σημάδια. Στην πραγματικότητα, το σπιν καθιστά δυνατή τη διάκριση δύο διαφορετικών κατηγοριών σωματιδίων στη φύση, σύμφωνα με τις πιθανές τιμές σπιν που μπορούν να έχουν, που είναι τα φερμιόνια και τα μποζόνια. Αυτή η ταξινόμηση των σωματιδίων προέρχεται από το τρέχον μοντέλο της ύλης, που ονομάζεται τυπικό μοντέλο.

Το τυπικό μοντέλο και ο κβαντικός αριθμός σπιν

Οι Φερμιόνες

Τα φερμιόνια είναι τα σωματίδια που αποτελούν μέρος αυτού που γνωρίζουμε ως ύλη: οτιδήποτε έχει μάζα και καταλαμβάνει μια θέση στο διάστημα. Αυτή η οικογένεια σωματιδίων περιλαμβάνει κουάρκ και λεπτόνια (συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονίων), τα οποία χαρακτηρίζονται από συμμόρφωση με την αρχή αποκλεισμού Pauli και από σπιν +1/2 ή -1/2 (που συνήθως αντιπροσωπεύεται ως και ή spin up και γύρισμα προς τα κάτω).

Όταν αυτά τα στοιχειώδη σωματίδια ενωθούν για να σχηματίσουν σύνθετα σωματίδια (αδρόνια), μπορούν να ληφθούν διαφορετικοί αριθμοί σπιν όπως 3/2 και -3/2.

Τα μποζόνια

Η οικογένεια μποζονίων αποτελείται από σωματίδια που δεν ακολουθούν την αρχή αποκλεισμού Pauli και χαρακτηρίζονται από σπιν 1. Πιστεύεται ότι τα στοιχειώδη μποζόνια μπορούν να υπάρχουν με άλλες τιμές σπιν όπως 0, 2, 3 κ.λπ. Πιστεύεται ότι αυτά τα σωματίδια είναι υπεύθυνα για την ύπαρξη όλων των γνωστών δυνάμεων (ηλεκτρομαγνητική δύναμη, βαρυτική δύναμη, ισχυρή πυρηνική δύναμη και ασθενής πυρηνική δύναμη).

Ιδιότητες του κβαντικού αριθμού σπιν

  • Αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο m s ή με το s.
  • Όντας κβαντικός αριθμός, η τιμή του είναι κβαντισμένη, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να αποκτήσει μόνο ορισμένες τιμές που είναι πολλαπλάσιες ενός ελάχιστου ποσού (το κβάντο). Όπως εξηγήθηκε πριν από λίγο, το σπιν μπορεί να λάβει μόνο τιμές +1/2 και -1/2 για τα φερμιόνια και 1 για τα μποζόνια (αν και μπορεί να υπάρχουν άλλα μποζόνια με διαφορετικά σπιν).
  • Η περιστροφή μπορεί να λάβει μόνο τιμές που είναι ακέραια πολλαπλάσια του ħ/2, όπου ħ είναι η μειωμένη σταθερά Plank (h/2π).
  • Εάν μετρήσετε το σπιν ενός ηλεκτρονίου κατά μήκος ενός μαγνητικού πεδίου, θα λάβετε μόνο τιμές ħ/2 ή – ħ/2.
-Διαφήμιση-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados