vida_louca

Category:

О спине частиц. Мой комментарий

Спин, как и заряд, и масса относится к фундаментальному, базовому свойству окружающего нас мира. Спин просто есть у любой частицы и всё. Так задумал Создатель, или оно само нечаянно случилось. О спине речь заходит обычно тогда, когда говорят об электронах, но спин также есть у обладающих массой нуклонах (протонах и нейтронах) и у безмассовых частиц — фотонов. Есть спин и у других частиц, живущих недолго или состоящих из нескольких. Спин можно рассматривать как вектор ("стрелочку"), но очень специфически. Если выбрать какое-либо направление в окружающем пространстве, то спин всегда будет направлен или вдоль этого направления, или обратно, или поперёк него. И никак иначе — это интересное свойство, не имеющее аналога в классическом мире.

Измеряется спин в единицах кванта действия h, делённого на величину 2π, равную полному обороту. И это не случайно. Одни частицы — бозоны — обладают целочисленным или нулевым спином, который можно соотнести с тем, какой оборот сделает условная "стрелка", двигаясь по замкнутой кривой в трёхмерном пространстве. Движение по такой кривой даёт целое число оборотов "стрелки". Другие частицы — фермионы — обладают полуцелым спином, и это соответствует, например, половине оборота "стрелки", движущейся по замкнутой линии на поверхности ленты Мёбиуса. И всё это потому, что фотоны принадлежат к элементам одного типа физического пространства, а электроны с нуклонами — элементам другого. Принадлежность частиц к разному типу пространства приводит к разным типах их статистики в коллективе (и разной симметрии их волновой функции — как следствию). Бозоны подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и могут свободно проникать друг через друга. Фермионы обладают статистикой Ферми-Дирака и могут "жить" только поодиночке или в паре, но с противоположно направленными спинами (работает принцип запрета Паули).

Общепринятым сейчас считается представление о спине как о собственном моменте импульса частицы, то есть о вращении частицы. Но это довольно грубое представление, ибо пришлось бы допустить сверхсветовую классическую скорость на поверхности электрона, обладающего некоторым классическим радиусом. Но всё же представление о спине как о некотором "собственном вращении" стоит оставить, поскольку размерность кванта действия — это момент импульса. Кроме того, направление спина оказывается связанным с направлением "вращения" частицы, что бы мы под этим не понимали. Изменение направления спина на противоположное меняет и направление "собственного вращения".

Представление о спине как о "вращении" некой плотности распределённого заряда полезно и при рассмотрении магнитного момента электрона, протона и нейтрона, с которыми связаны магнитные свойства многих материалов. Как показывает таблица Менделеева, спин играет чрезвычайно важную роль в последовательности плотной упаковки электронов вокруг ядра атома, следуя в некотором смысле принципу наименьшего действия. Наличие спина у электрона оказывается принципиально важным при его движении в электромагнитном пространстве, о чём свидетельствует релятивистское уравнение Дирака и соответствующая математическая интерпретация Пенроуза. Наверняка, есть важное применение спина и у других частиц и, в том числе — у бозонов.

Итак. Спин есть свойство, необходимое природе. Без него были бы невозможны многие существующие физические явления и свойства частиц. Его существование тесно связано с квантом действия h (постоянной Планка), который является универсальным дискретным элементом физического пространства. Существование полуцелого спина у одних частиц и целого у других делит их не только на два разных мира с разными статистиками коллективного существования, но и позволяет обмениваться энергией между элементами разных пространств. Без такого обмена было бы невозможно устойчивое и динамически равновесное существование окружающего нас мира.

Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded