Spinn: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
P robot muutis: tr:Spin (Dönü) |
Resümee puudub |
||
1. rida:
{{toimeta}}
[[Kvantfüüsika]]s on '''spinn''' [[elementaarosake]]ste ja neist moodustunud osakeste süsteemide (näiteks [[aatom]]ite, [[aatomituum]]ad, [[hadron]]ite jne) fundamentaalne omadus. Nullist erineva spinniga osakeste oluliseks sisemiseks [[vabadusaste|vabadusastmeks]] on '''spinni suund''' või '''spinni projektsioon''' (mida samuti spinniks nimetatakse).
Nagu nimigi viitab arvati esialgu, et spinn kirjeldab osakese pöörlemist ümber oma telje. See kujutlus on korrektne kuivõrd spinn järgib samu matemaatilisi reegleid, mis osakese [[kvantiseerimine|kvantiseeritud]] [[impulsimoment]]. Teisest küljest on spinnil omadusi, mis seda [[orbitaalne impulsimoment|orbitaalsest impulsimomendist]] eristavad. Näiteks kirjeldavad spinni ka [[poolarv]]ulised [[kvantarv]]ud, kui orbitaalne impulsimomenti omab vaid [[täisarv]]ulisi kvantarve. Samuti on laetud osakese spinnga seotud [[magnetmoment|magnetmomendi]] [[g-faktor]] erinev ühest, mis läheb vastuollu [[klassikaline füüsika|klassikalise füüsikaga]] (eeldades [[mass]]i ja [[elektrilaeng|laengu]] ühtlast jaotust).
Spinnil on olulisi teoreetilisi ja praktilisi rakendusi. [[Elektron]] allub oma poolarvulise spinni tõttu [[Pauli printsiip|Pauli printsiibile]], mis on võtmeks [[keemiliste elementide perioodilisussüsteem]]i mõistmisel. [[Spinn-orbitaalne vastastikmõju]] on üheks [[aatomispekter|aatomispektrite]] peenstruktuuri põhjuseks ning seda kasutatakse näiteks [[aatomkell]]ades ja moodsas [[sekund]]i definitsioonis. Elektroni g-faktori täppismõõtmised mängisid olulilist rolli [[kvantelektrodünaamika]] arengus. Elektroni spinnil on täita oluine osa [[magnetism]]is ning seda rakendatakse näiteks [[arvutimälu]]des. Aatomituumade spinnide [[raadiolaine]]tega manipuleerimine ([[tuumamagnetresonants]]) leiab olulisi rakendusi [[keemia]]s ja [[meditsiin]]is. [[Footon]]i spinn on seotud [[valgus]]e [[polarisatsioon]]iga.
Spinni kontseptsiooni, kuigi mitte nime, pakkus esmakordselt välja [[Wolfgang Pauli]] aastal 1924. Aastal 1925 esitasid [[Ralph Kronig]], [[George Uhlenbeck]] ja [[Samuel Goudsmit]] interpretatsiooni, kus spinni kujutati osakese pöörlemisena ümber oma telje. Põhjaliku matemaatilise teooria töötas välja Pauli aastal 1927. Aastal 1928 näitas [[Paul Dirac]], et elektroni spinn tuleneb loomulikul viisil [[relativistlik kvantmehaanika|relativistlikust kvantmehaanikast]].
== Spinni kvantarv ==
[[Kvantmehaanika]]s on spinni põhjustatud [[impulsimoment]] kvantiseeritud: spinni magnituud saab võtta vaid väärtuseid
::<math>S = \hbar \, \sqrt{s (s+1)},</math>,
kus <math>\hbar </math> on [[taandatud Plancki konstant]] ja s on spinni [[kvantarv]], mille väärtus võib olla mittenegatiivne poolarv või täisarv (0, 1/2, 1, 2/3, ...).
Analoogselt kvantiseeritud impulsimomendiga, mille magnituudi kirjeldab [[orbitaalkvantarv]] ja suunda [[magnetkvantarv]], on spinnilgi suunaga seotud vabadusaste: spinni suund või täpsemalt spinni projektsioon z-telje suunal:
::<math>S_z = \hbar s_z</math>,
kus <math>s_z</math> on kvantarv, mis võib võtta väärtuseid -s, -(s-1), -(s-2), ... , s-2, s-1, s. z-telg on siinkohal vabalt valitav, mis väljendab asjaolu, et spinni suund on igal suunal ühtmoodi kvantiseeritud.
Poolarvulise spinniga osakesi nimetatakse [[fermion]]ideks ja täisarvulise spinniga osakesi [[boson]]iteks.
=== Elementaarosakeste spinn ===
Elementaarosakeste spinni väärtus sõltub vaid osakese tüübist. Erinevalt spinni suuna kvantarvust pole osakese spinni (magnituudi) kvantarvu võimalik muuta.
[[Lepton]]ite ja [[kvark]]ide spinn on s = 1/2. [[Footon]]i, [[gluuon]]ite ja [[nõrk vastastikmõju|nõrga vastastikmõju]] vahebosonite spinn on 1. Hüpoteetilise [[standardmudel]]i osaksese - [[Higgsi boson]]i - spinn on 0. [[Gravitatsiooniväli|Garvitatsioonivälja]] vahendajateks pakutud hüpoteetilisi osakesi spinniga 2 ([[graviton]]) ja spinnga 3/2 ([[gravitiino]]).
=== Liitosakeste spinn ===
Liitosakeste spinni all mõeldakse üldjuhul liitosakese (näiteks [[prooton]]ite, [[neutron]]ite või [[aatomituum]]ade) kogu impulsimomenti, mis on osakeste orbitaalsete ja spinnimpulsimomentide summa. Liitosakese spinn on kvantiseeritud samuti kui elementaarosakese spinn.
Nagu elementaarosakestelegi omistatakse ka liitosakestele konkreetne spinn; näiteks prooton on spinniga 1/2. Selle all mõistetakse osakese kõige madalama energiaga spinnolekut (arvesse võetakse ka võimalikke orbitaalseid olekuid).
=== Aatomite ja molekulide spinn ===
[[Aatom]]ite ja [[molekul]]ide spinn on paardumata elektronide spinnide summa. See spinn on näiteks [[paramagnetism]]i põhjuseks.
=== Spinn ja statistika ===
Osakeste spinn mõjutab tugevalt osakeste käitumist [[statistiline mehaanika|statistilises mehaanikas]]. Poolarvulise spinniga osakese ehk fermionid alluvad [[Fermi-Diraci statistika]]le. Fermionide süsteemide [[olekufunktsioon]]id peavad [[identsed osakesed|identsete osakeste]] vahetamise suhtes antisümmeetrilised olema, mis tähendab, et olekufunktsioon peab kahe identse osakese vahetamisel oma märki muutma. Selle omaduse järgi ei saa osakesed jagada sama [[kvantolek]]ut - piirang, mida tuntakse [[Pauli keeluprintsiip|Pauli keeluprintsiibi]] nime all. Täisarvulise spinniga osakesed ehk bosonid alluvad [[Bose-Einsteini statistika]]le. Bosonite süsteemide [[olekufunktsioon]]id peavad identsete osakeste vahetamise suhtes antisümmeetrilised olema. Sea asjaolu lubab bosonitel samu kvantolekuid jagada.
Nende väidete tõestust tuntakse [[spinni ja statistika teoreem]]i nime all. See tõestus tugineb nii [[kvantmehaanika]]le kui [[erirelatiivsusteooria]]le. Õigupoolest võib "seost spinni ja statistika vahel pidada üheks olulisimaks erirelatiivsusteooria rakenduseks"<ref> W. Pauli "The Connection Between Spin and Statistics", Phys. Rev. 58, 716-722 (1940), [http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/pauli40b/eng.pdf pdf]</ref>.
== Vaata ka ==
* [[Spinnide liitmine]]
* [[Spiinor]]
== Viited ==
{{viited}}
[[Kategooria:Kvantfüüsika]]
| |||