Что такое полуцелый спин

Что такое полуцелый спин

Структура, продлевающая видимое через невидимое.
Термин «спин» используется в Квантовой механике в качестве характеристики свойства элементарных частиц, связанного с их внутренним вращением. Спины частиц имеют целые и/или полуцелые значения со знаком. Геометрической интерпретации для термина спин не предлагается, так как структура атомных ядер и составляющих их элементарных частиц неизвестна.

Исходя из смыслов букв русского языка, слово «спин» предпологает структуру, продлевающую во времени свойства проявленного, видимого через свойства невидимого, непроявлянного мира.
В статье предлагается использовать более формализованное определение для термина спин, как отношение количества оборотов двух вращений.

Винтовой тор, как базовая геометрическая фигура.
Как устроен Мир также неизвестно. Неизвестно, имеется ли в устройстве Мира что-то абсолютное, присущее всем вещам мира. И вот здесь, на роль абсолютного и присущего всему, предлагается «сила» инерции, т. е. способность сохранения объектами мира своих внутренних свойств.

В интерпретации динамической геометрии это свойство вещи может быть, например, моделировано как движение вещи по инерции с постоянной кривизной. Для того что бы изменить свойства вещи движущейся по инерции необходимо применить к этой вещи воздействие извне.

Человеческий разум не верит в инерционность движения с кривизной отличной от нуля, так как истинность этого не может быть проверенна в условиях Земли. Мешает сила тяжести. Потому примем это на веру. Формализм выбора конкретных аксиом я обосновывал в предыдущем моей работе под названием «Принципы структурной организации».

При кривизне движения отличной от нуля, объект движется по окружности, постоянно возвращаясь в исходную точку. Такое движение характеризуется радиусом окружности и угловой скоростью перемещения.

Круговое движение обладает свойством вкладывания одного кругового движения в другое круговое движение. В случае одновременности участия вещи в двух различных круговых движениях, ее траектория движения образует пространственную геометрическую фигуру, называемую винтовым тором.

На рисунке ниже представлен пример траектории (желтая и зеленая кривые), получающейся вложением одного «круга в другой круг».

Демонстрационный флеш-ролик.
Для построения поясняющих рисунков я построил на технологии HML5 и JavaScript демонстрационный флеш-ролик, который доступен по ссылке http://www.xsp.ru/antol/Spin/Default.html Общий вид демонстрационного флеш-ролика можно видеть на рисунке.

Количество оборотов кругового и радиальных вращений при движении вдоль стенок тора может иметь различные целочисленные значения. На рисунке ниже представлена орбиталь движения, образуемая одним круговым и 5-тью радиальными вращениями.

На следущем рисунке на калиброванном торе радиуса два (R=2*r) представлен пример орбитали, сформированной 12-ю круговыми вращениями и одним радиальным.

На рисунках ниже представлены некоторые другие варианты орбиталей, имеющие различающиеся значения количеств оборотов кругового и радиального вращений при виде на тор сверху.

Модель s-орбитали.
Обратимся к конкретным вариантам значений количества оборотов кругового и радиального вращений, имеющим аналогии в мире микро и макро объектов. Первым таким очень интересным вариантом является отношение количеств оборотов кругового и радиальных вращений как 1:1, и представляющим модель орбитали типа S. На рисунках ниже красным цветом на калиброванном торе радиуса R=3*r представлена траектория движения объекта по S-орбитали. Объект, красный кружок, движется вдоль стенок невидимого тора по круговой орбите, смещенной относительно центра тора, помеченного оранжевым кружком, и наклоненной к экватариальной плоскости тора на некоторый угол, зависящий от размеров тора.

S-орбиталь тора, на мой взгляд, является аналогом траекторий движения планет в Солнечной системе. Объяснением наклона плоскости орбит движения планет может являться невидимый тор, вдоль стенок которого проложена траектория движения. Современная наука не имеет объяснения наклона орбит планет.

Для S-орбитали имеется пара, так как на торе возможно построить две S-орбитали, симметричные относительно друг друга и не пересекающиеся между собой.

Два объекта, движущиеся каждый по своей S-орбитали, похожи на пару Инь-Янь, символизирующую единство двух противоположностей. На вкладках демонстрационного флеш-ролика возможно видеть их синхронное вращение.

Модель p-орбитали.
Следующим интересным вариантом отношения количеств оборотов кругового и радиального вращений является вариант отношения 3 к 2-м. Это полуцелое значение (3/2) отношения количеств оборотов является моделью P-орбитали.

Также как, и в случае S-орбитали, для P-орбитали существует симметрично распологаемая на торе парная орбиталь. На рисунках представлены парные P-орбитали для двух разных калиброванных торов при виде на них сверху.

В отличие от S-орбиталей, на торе возможно построить несколько не пересекающихся между собой пар P-орбиталей. В квантовой модели структуры атомов химических элементов атомы имеют по 6 электронов на P-орбиталях. На рисунке ниже представлена модель на калиброванном торе 6-ти (3-х пар) P-орбиталей.

Модель d- и f-орбиталей.
Полуцелое значение 5/2 отношения количеств оборотов кругового и радиального вращений соответствует модели D-орбитали. Для D-орбитали существует симметрично распологаемая на торе парная орбиталь. При виде на тор сверху D-орбиталь имеет вид 5-ти конечной звезды. Лепестки 5-ти конечной звезды следуют при движении по орбитали через один, также как и в структуре пяти китайских перво-элементов. На рисунке ниже зеленым и фиолетовым цветом представлены траектории двух парных D-орбиталей.

Также как и для P-орбиталей возможно построить на торе несколько не пересекающихся между собой пар D-орбиталей. В квантовой модели структуры атомов химических элементов атомы на D-орбиталях могут иметь максимально 5-ть пар электронов.

Полуцелое значение 7/2 отношения количеств оборотов кругового и радиального вращений соответствует модели F-орбитали. Для F-орбитали существует симметрично распологаемая на торе парная орбиталь. При виде на тор сверху F-орбиталь имеет вид 7-ми конечной звезды. Лепестки 7-ти конечной звезды следуют при движении по орбитали через один. На рисунке ниже синим и желтым цветом представлены траектории двух парных F-орбиталей.

Также как и для P- и D-орбиталей возможно построить на торе несколько не пересекающихся между собой пар F-орбиталей. В квантовой модели структуры атомов химических элементов атомы на F-орбиталях могут иметь максимально 7-мь пар электронов.

Источник

Что такое спин в физике: момент импульса, бозоны, фермионы

Итак, полностью абстрагируемся и забываем любые классические определения. Ибо спин – это понятие, присущее исключительно квантовому миру. Попробуем разобраться в том, что это такое.

Больше полезной информации для учащихся – у нас в телеграм.

Спин и момент импульса

Спин (от английского spin – вращаться) – собственный момент импульса элементарной частицы.

Теперь вспомним, что такое момент импульса в классической механике.

Момент импульса – это физическая величина, характеризующая вращательное движение, точнее, количество вращательного движения.

В классической механике момент импульса определяется как векторное произведение импульса частицы на ее радиус вектор:

По аналогии с классической механикой спин характеризует вращение частиц. Их представляют в виде волчков, вращающихся вокруг оси. Если частица имеет заряд, то, вращаясь, она создает магнитный момент и явлеятся своего рода магнитом.

Однако данное вращение нельзя трактовать классически. Все частицы помимо спина обладают внешним или орбитальным моментом импульса, характеризующим вращение частицы относительно какой-то точки. Например, когда частица движется по круговой траектории (электрон вокруг ядра).

Спин же является собственным моментом импульса, то есть характеризует внутреннее вращательное состояние частицы вне зависимости от внешнего орбитального момента импульса. При этом спин не зависит от внешних перемещений частицы.

Представить, что же там вращается внутри частицы, невозможно. Однако факт остается фактом – для заряженных частиц с разнонаправленными спинами траектории движения в магнитном поле будут различны.

Спиновое квантовое число

Для характеристики спина в квантовой физике введено спиновое квантовое число.

Спиновое квантовое число – одно из квантовых чисел, присущих частицам. Часто спиновое квантовое число называют просто спином. Однако следует понимать, что спин частицы (в понимании собственного момента импульса) и спиновое квантовое число – это не одно и то же. Спиновое число обозначается буквой J и принимает ряд дискретных значений, а само значение спина пропорционально приведенной постоянной Планка:

Бозоны и фермионы

Разным частицам присущи разные спиновые числа. Так, главное отличие состоит в том, что одни обладают целым спином, а другие – полуцелым. Частицы обладающие целым спином называются бозонами, а полуцелым – фермионами.

Бозоны подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна, а фермионы – Ферми-Дирака. В ансамбле частиц, состоящем из бозонов, любое их количество может находиться в одинаковом состоянии. С фермионами все наоборот – наличие двух тождественных фермионов в одной системе частиц невозможно.

Фермионы: электрон, лептон, кварк

Попробуем представить, чем отличаются частицы с разными спиновыми числами на примерах из макромира. Если спин объекта равен нулю, то его можно представить в виде точки. Со всех сторон, как ни вращай этот объект, он будет одинаков. При спине равном 1 поворот объекта на 360 градусов возвращает его в состояние, идентичное первоначальному состоянию.

Надеемся, что вы осилите эту теорию быстро и сможете при случае применить знания на практике. Ну а если задачка по квантовой механике оказалось непосильно сложной или не можете не забывайте о студенческом сервисе, специалисты которого готовы прийти на выручку. Учитывая, что сам Ричард Фейнман сказал, что «в полной мере квантовую физику не понимает никто», обратиться за помощью к опытным специалистам – вполне естественно!

Источник

Что такое полуцелый спин

Спин — это собственный момент импульса квантовых частиц. Момент импульса характеризует количество вращательного движения, то есть спин характеризует то, что частицы ведут себя, будто бы они вращаются вокруг своей оси. Спин задает направление частицы, делает ее ориентированной, так же как ось волчка задает для волчка выделенное направление.

Как и все квантовые характеристики, спин может принимать только строго определенные значения. Его принято измерять в долях постоянной Планка, и минимальное возможное значение спина соответствует ½ постоянной Планка. Но, как правило, физики говорят просто ½, 1, 2 и так далее. Более того, квантуется и проекция спина на любую выделенную ось. Частицы, у которых полуцелые и целые значения спина, имеют разные свойства.

Частицы, обладающие целым спином, восстанавливают свое состояние, если делают полный оборот. Такие частицы называются бозонами, они способны занимать большими группами одно и то же квантовое состояние. Частицы с полуцелым спином другие. Чтобы частица со спином ½ вернула свое состояние, ее нужно повернуть вокруг своей оси два раза: эта частица асимметрична. Такие частицы не могут занимать более одного состояния на частицу, они как бы избегают друг друга. Но несложно сообразить, что если две такие частицы все же образуют пару, то их суммарный спин неизбежно образует целый спин. А значит, пары могут вести себя подобно бозонам. Действительно, так и происходит, подобный механизм лежит в основе явления сверхпроводимости и сверхтекучести.

Источник

полуцелый спин

Смотреть что такое «полуцелый спин» в других словарях:

полуцелый спин — pusinis sukinys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. half integral spin vok. halbzahliger Spin, m rus. полуцелый спин, m pranc. spin demi entier, m … Fizikos terminų žodynas

СПИН — собственный момент импульса элементарной частицы или системы, образованной из этих частиц, напр. атомного ядра. Спин частицы не связан с её движением в пространстве и не может быть объяснён с позиций классической физики он обусловлен квантовой… … Большая политехническая энциклопедия

СПИН — (от англ. spin вращаться, вертеться) собств. момент импульса элементарной частицы или системы, образованной этими частицами (напр., атомного ядра). С. частицы имеет квантовую природу, он не связан с движением частицы в пространстве и не может… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Классификация элементарных частиц — Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц. См. также «Хронология открытий элементарных частиц» … … Википедия

Список частиц — Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц. Содержание 1 Элементарные частицы 1.1 Стандартная модель … Википедия

Уравнение Дирака — релятивистски инвариантное уравнение движения для би спинорного классического поля электрона, применимое также для описания других точечных фермионов со спином 1/2; установлено П. Дираком в 1928. Содержание 1 Вид уравнения 2 Физический смысл … Википедия

Дирака уравнение — Уравнение Дирака квантовое уравнение движения электрона, удовлетворяющее требованиям теории относительности, применимое также для описание других точечных фермионов со спином 1/2; установлено П. Дираком в 1928. Содержание 1 Вид уравнения 2… … Википедия

Квантовая жидкость — жидкость, свойства которой определяются квантовыми эффектами. Примером К. ж. является жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю. Квантовые эффекты начинают проявляться в жидкости при достаточно низких температурах, когда… … Большая советская энциклопедия

Квантовая теория поля — Квантовая теория поля квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (полей физических (См. Поля физические)). К. т. п., возникшая как обобщение квантовой механики (См. Квантовая механика) в связи с проблемой описания… … Большая советская энциклопедия

ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ — Состав материи невероятно прост. Вся видимая материя во Вселенной на Земле и в космосе состоит из фундаментальных частиц трех разных видов: электронов и двух типов кварков. Эти три частицы (как и другие описываемые ниже) взаимно притягиваются и… … Энциклопедия Кольера

НЕЙТРИНО — (v), лёгкая (возможно, безмассовая) электрически нейтральная ч ца со спином 1/2 (в ед. ћ), участвующая только в слабом и гравитац. вз ствиях. Н. принадлежит к классу лептонов, а по статистич. св вам явл. фермионом. Известны три типа Н.:… … Физическая энциклопедия

Источник

Что такое полуцелый спин

В связи с этим говорят о целом или полуцелом спине частицы. Полуцелый спин фундаментальнее, так как «из него» можно построить целый спин, но обратное невозможно (см. книгу Пенроуза и Риндлера).

Существование спина в системе тождественных взаимодействующих частиц является причиной нового квантово-механического явления, не имеющего аналогии в классической механике: обменного взаимодействия.

Содержание

Что такое спин — на примерах

Хотя термин «спин» относится только к квантовым свойствам частиц, свойства некоторых циклически действующих макроскопических систем тоже могут быть описаны неким числом, которое показывает, на сколько частей нужно разделить цикл вращения некоего элемента системы, чтобы она вернулась в состояние, неотличимое от начального.

Легко представить себе спин, равный 0: это точка — она со всех сторон выглядит одинаково, как её ни крути.

Примером спина, равного 1, может служить большинство обычных предметов без какой-либо симметрии: если такой предмет повернуть на 360°, то этот предмет вернётся в своё первоначальное состояние. Для примера — можно положить ручку на стол, и после поворота на 360° ручка опять будет лежать так же, как и до поворота.

В качестве примера спина, равного 2, можно взять любой предмет с одной осью центральной симметрии: если его повернуть на 180°, он будет неотличим от исходного положения, и получается, что за один полный оборот он становится неотличим от исходного положения 2 раза. Примером из жизни может служить обычный карандаш, только заточённый с двух сторон или не заточённый вообще — главное чтобы был без надписей и однотонный — и тогда после поворота на 180° он вернётся в положение, неотличимое от исходного. Хокинг в качестве примера приводил обычную игральную карту типа короля или дамы [6]

А вот с полуцелым спином, равным 1 /₂ немножко сложнее: в исходное положение система возвращается после 2 полных оборотов, то есть после поворота на 720°. Примеры:

На подобных примерах можно проиллюстрировать сложение спинов:

Свойства спина

Любая частица может обладать двумя видами углового момента: орбитальным угловым моментом и спином.

В отличие от орбитального углового момента, который порождается движением частицы в пространстве, спин не связан с движением в пространстве. Спин — это внутренняя, исключительно квантовая характеристика, которую нельзя объяснить в рамках релятивистской механики. Если представлять частицу (например, электрон) как вращающийся шарик, а спин как момент, связанный с этим вращением, то оказывается, что поперечная скорость движения оболочки частицы должна быть выше скорости света, что недопустимо с позиции релятивизма.

В частности, было бы совершенно бессмысленным представлять себе собственный момент элементарной частицы, как результат ее вращения „вокруг собственной оси“ [7]

Примеры

Ниже указаны спины некоторых микрочастиц.

История

В 1922 году опыт Штерна — Герлаха подтвердил наличие у атомов спина и факт пространственного квантования направления их магнитных моментов.

В 1924 году, ещё до точной формулировки квантовой механики, Вольфганг Паули ввёл новую, двухкомпонентную внутреннюю степень свободы для описания валентного электрона в щелочных металлах. В 1927 году он же модифицировал недавно открытое уравнение Шрёдингера для учёта спиновой переменной. Модифицированное таким образом уравнение носит сейчас название уравнение Паули. При таком описании у электрона появляется новая спиновая часть волновой функции, которая описывается спинором — «вектором» в абстрактном (то есть не связанном прямо с обычным) двумерном спиновом пространстве.

В 1928 году Поль Дирак построил релятивистскую теорию спина и ввёл уже четырёхкомпонентную величину — биспинор.

Математически теория спина оказалась очень продуктивной, и в дальнейшем по аналогии с ней была построена теория изоспина.

Спин и магнитный момент

Спин и статистика

Вследствие того, что все элементарные частицы одного и того же сорта тождественны, волновая функция системы из нескольких одинаковых частиц должна быть либо симметричной (то есть не изменяется), либо антисимметричной (домножается на −1) относительно перестановки местами двух любых частиц. В первом случае говорят, что частицы подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна и называются бозонами. Во втором случае частицы описываются статистикой Ферми — Дирака и называются фермионами.

Обобщение спина

Введение спина является удачным применением новой физической идеи: постулирование того, что существует пространство состояний, никак не связанных с перемещением частицы в обычном пространстве. Обобщение этой идеи в ядерной физике привело к понятию изотопического спина, который действует в особом изоспиновом пространстве. В дальнейшем при описании сильных взаимодействий были введены внутреннее цветовое пространство и квантовое число «цвет» — более сложный аналог спина.

Спин классических систем

Именно поэтому спин называют собственным моментом импульса.

В квантовой теории поля это определение спина сохраняется. В качестве момента импульса и суммарного импульса выступают интегралы движения соответствующего поля. В результате процедуры вторичного квантования 4-вектор спина становится оператором с дискретными собственными значениями.

Источник