Co to jest spinowa liczba kwantowa?

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


Spinowa liczba kwantowa jest czwartą liczbą kwantową i wskazuje orientację wewnętrznego momentu pędu cząstki elementarnej (takiej jak elektron lub kwark), cząstki złożonej (takiej jak neutrony i protony) lub całego jądra atomowego . Jako taka, jest to liczba reprezentująca, wraz z pozostałymi trzema liczbami kwantowymi, określony stan kwantowy cząstki subatomowej.

Ta liczba kwantowa została odkryta w pierwszej ćwierci XX wieku, po uzyskaniu znacznie dokładniejszych pomiarów widm atomowych linii emisyjnych. Bliższa analiza tych linii emisyjnych wykazała, że ​​nie były to pojedyncze linie, ale wielokrotności linii. Można to wyjaśnić jedynie przez przypisanie elektronom czwartej liczby kwantowej momentu pędu, co można zinterpretować jako kierunek obrotu elektronu wokół własnej osi , podobnie jak bączek (bączek) lub ziemia obracają się wokół twojej . W rzeczywistości jest to powód, dla którego nazywa się to wirowaniem, ponieważ słowo to pochodzi od angielskiego słowa spin , które oznacza wirowanie.

Co to jest spinowa liczba kwantowa

Ponieważ elektron ma ładunek elektryczny, obrót ten generuje małe pole magnetyczne, które jest skierowane wzdłuż osi obrotu. Elektron może mieć tylko dwa przeciwne spiny (+1/2 i -1/2), więc może generować jedno z dwóch możliwych pól magnetycznych skierowanych w przeciwnych kierunkach. To pole magnetyczne jest odpowiedzialne za podwojenie linii emisyjnych.

Jakie są inne liczby kwantowe?

Przed odkryciem spinu znane były tylko 3 liczby kwantowe, które wynikają z matematycznego rozwiązania równania Schrödingera. To są:

  • Główna liczba kwantowa lub poziom energii (n) . Ta liczba kwantowa jest związana z tym, jak blisko jądra znajduje się elektron. Im jest mniejszy, tym bliżej centrum będzie.
  • Wtórna liczba kwantowa lub moment pędu ( l ). Ta liczba kwantowa jest związana z kształtem orbitalu zajmowanego przez elektron.
  • Magnetyczna liczba kwantowa (m l ) . Związany z orientacją w przestrzeni orbitali atomowych.

Podsumowując, każda kombinacja tych trzech liczb kwantowych definiuje unikalny orbital atomowy dla elektronu, podczas gdy spin identyfikuje konkretny elektron.

Różne wartości spinu dla różnych typów cząstek

Spin jest nieodłączną właściwością cząstek elementarnych, podobnie jak ładunek elektryczny. Ponadto, podobnie jak ładunek elektryczny, cząstki mogą mieć tylko określone wartości spinu o przeciwnych znakach. W rzeczywistości spin umożliwia rozróżnienie dwóch różnych klas cząstek w przyrodzie, zgodnie z możliwymi wartościami spinu, jakie mogą mieć, czyli fermionami i bozonami. Ta klasyfikacja cząstek pochodzi z obecnego modelu materii, zwanego modelem standardowym.

Model standardowy i spinowa liczba kwantowa

Fermiony

Fermiony to cząstki, które są częścią tego, co znamy jako materię: wszystkiego, co ma masę i zajmuje miejsce w przestrzeni. Ta rodzina cząstek obejmuje kwarki i leptony (w tym elektrony), które charakteryzują się zgodnością z zasadą wykluczania Pauliego i posiadaniem spinów +1/2 lub -1/2 (co jest zwykle przedstawiane jako i lub i zakręcić).

Kiedy te cząstki elementarne łączą się, tworząc cząstki złożone (hadrony), można uzyskać różne liczby spinowe, takie jak 3/2 i -3/2.

Bozony

Rodzina bozonów składa się z cząstek, które nie przestrzegają zasady wykluczania Pauliego i charakteryzują się spinem równym 1. Uważa się, że bozony elementarne mogą istnieć z innymi wartościami spinu, takimi jak 0, 2, 3 itd. Uważa się, że cząstki te są odpowiedzialne za istnienie wszystkich znanych sił (siła elektromagnetyczna, siła grawitacji, silne oddziaływanie jądrowe i słabe oddziaływanie jądrowe).

Własności spinowej liczby kwantowej

  • Jest reprezentowany przez symbol m s lub s.
  • Będąc liczbą kwantową, jej wartość jest skwantowana, co oznacza, że ​​może ona uzyskać tylko określone wartości, które są wielokrotnością kwoty minimalnej (kwantu). Jak wyjaśniono przed chwilą, spin może przyjmować tylko wartości +1/2 i -1/2 dla fermionów i 1 dla bozonów (chociaż mogą istnieć inne bozony o innych spinach).
  • Spin może przyjmować tylko wartości, które są całkowitymi wielokrotnościami ħ/2, gdzie ħ jest zredukowaną stałą Planka (h/2π).
  • Jeśli zmierzysz spin elektronu wzdłuż pola magnetycznego, otrzymasz tylko wartości ħ/2 lub – ħ/2.
-Reklama-

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

Artículos relacionados