سپين (فيزياء)

الغزل أو سپين spin هو دوران الجسيم الأولي حول نفسه و هي خاصية جوهرية في كافة الجسيمات الأولية و تمثل ظاهرية ميكانيكية كمومية أصيلة لا وجود لمقابل لها في الميكانيك الكلاسيكي, لكن تقرب للأذهان عن طريق تشبيهها بدوران الأرض حول نفسها إضافة لدورانها حول الشمس, فكذلك الإلكترون يدور حول نفسه و يدور حول النواة.

سپين خاصة مهمة للجسيمات الأولية وهي صفة ذاتية للجسيم اعتُقد في البداية أنها ناشئة عن دورانه حول نفسه. يُقال وفقاً لمبادئ علم الميكانيك التحليلي إن لجسم صلب اندفاعاً زاوياً angular momentum ويرمز له بـ ، إذا دار حول محوره. وإذا رمز بـ ω لسرعته الزاوية وبـ I إلى عزم عطالته حول محور الدوران، فإن تمثل بشعاع محمول على محور الدوران طويلته Iω. وفي الحديث عن جملة ما، تبعد كتلة منها m عن محور الدوران مسافة وتتحرك بسرع ، فإن الاندفاع الزاوي يُعرّف على أنه الجداء الشعاعي ، وهو مقدار شعاعي، يخضع وفقاً لقواعد الميكانيك المذكور، إلى مبدأ الانحفاظ إذا كانت الجملة معزولة.

يدعو تفسير الظواهر في الفيزياء الذرية والفيزياء النووية، إلى أن يُعزى للجسيمات الأولية كالإلكترونات والبروتونات والنترونات، شعاع اندفاع زاوي ذاتي ـ بصرف النظر عن حركتها في الفضاء ـ نطلق عليه اسم السبين. وما يجري قياسه عملياً هو مسقط على محور محدد OZ فلا يأخذ سوى إحدى قيمتين هما: (اختصاراً أو )، إذا أخذنا المقدار كواحدة لقياس الاندفاع الزاوي باعتبار h ثابت بلانك.

تقضي قوانين ميكانيك الكم بأن يكون الاندفاع الزاوي المحصل العائد للذرة مساوياً المحصلة الشعاعية للاندفاع الزاوي الذاتي، أي السبين، وللاندفاع الزاوي المداري لمكوناتها.


كما تقضي قواعد ميكانيك الكم أن يكون السبين العائد للجسيمات مساوياً مضاعفاً فردياً

وهذا يشمل البروتونات والنترونات والإلكترونات، وتسمى هذه الجسيمات فيرميونات. أو أن يكون السبين صفراً أو مضاعفاً زوجياً

كما للفوتونات وجسيمات ألفا وتسمى بوزونات. يُشار أخيراً إلى أن الفيرميونات تخضع لمبدأ الاستثناء لباولي Pauli Exclusion Principle، في حين لاتخضع البوزونات لهذا المبدأ.[1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

عدد سپين الكم

للإشارة لخاصية الغزل في الجسيمات الأولية رقم يسمى عدد الكم المغزلي و هذا العدد صحيح بالنسبة للبوزونات بينما نصفي للفرميونات.

هذا العدد المغزلي هو رابع أعداد الكم و أخرها


الجسيمات الأولية

في الميكانيك الكلاسيكي: ينشأ العزم الدوراني من دوران مكونات و كتل داخلية أصغر لكن في ميكانيك الكم يكون دوران السبين خاصة جوهرية للجسيم لا تنشأ عن دوران مكونات داخلية.

باستثناء بوزون هيقز الإفتراضي فإن الجسيمات الأولية و هي الفرميونات ((كالإلكترونات)) و البوزونات ((كالفوتونات)) لا يمكن أن لها أن تظل بدون غزل بالرغم من كونها جسيمات نقطية غير مؤلفة من مكونات أدنى أو أصغر منها.

Father and Mother of the series Spin Family (2009) by physicist-turned sculptor Julian Voss-Andreae. The two pictured objects illustrate the geometry of a spin 5/2 object (blue 'male' on the left) and spin 2 object (pink 'female' on the right). Spin Family, on display in the art exhibition "Quantum Objects" playfully equates fermions with the male and bosons with the female gender, depicting the first spin 1/2, 1, 3/2, 2, and 5/2 objects as a family of five.[2]

جسيمات المركب

الذرات والجزيئات

نظرية إحصائيات الدوران (سپين)

Magnetic moments

Magnetic field lines around a magnetostatic dipole; the magnetic dipole itself is in the center and is seen from the side.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الغزل الإلكتروني

The head-on collision of a quark (red ball) from one proton (orange ball) with a gluon (green ball) from another proton with opposite spin, spin is represented by the blue arrows circling the protons and the quark. The blue question marks circling the gluon represent the question: Are gluons polarized? Ejected from the collision are a shower of quarks and a photon of light (purple ball).

الغزل الإلكتورني يولد مجالا مغناطيسيا الأمر الذي يجعل الإلكترون كالمغناطيس, يغزل الإلكترون في اتجاهين فقط

  • مع عقارب الساعة
  • عكس عقارب الساعة

لذا فهو يأخذ قيمتين فقط +1/2 أو -1/2

ينشأ عن دوران الإلكترون حول النواة عزم زاوي, في المقابل ينشأ عن غزله عزم زاوي داخلي, مما يعني :

العزم الزاوي الكلي = العزم الزاوي المداري + العزم الزاوي الداخلي

  • بينما يحدد العزم الزاوي المداري بثاني أعداد الكم و هو العدد المداري

اتجاه سپين

Spin projection quantum number and spin multiplicity

ناقلات سپين

الصياغة الرياضية لزيادة ونقصان

مشغل سپين

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مصفوفات باولي ومشغلي سپين

سبين ومبدأ استبعاد باولي

سپين وتناوب

سپين والتحولات لورنتز

Measuring spin along the x, y, and z axes

Measuring spin along an arbitrary axis

توافق القياسات سپين

سپين والتكافؤ

التطبيقات

التاريخ

طرح موضوع السبين لأول مرة عام 1925 من قبل الفيزيائيين الأمريكيين گودسميت S.A.Goudsmit وأولينبك E.Uhlenbeck، حيث بيّنا تعذر تفسير الظواهر الطيفية للذرات بمجرد إضافة عدد كمومي وحيد هو سبين الإلكترون، وأن التفسير الكامل لهذه الظواهر، يتطلب تبني مفهوم السبين لكل من البروتونات والنترونات والجسيمات المضادة، ويكون لمجموعة الجسيمات المكونة للنواة سبين محصل ناشئ عن سبينات البروتونات والنترونات التي تتركب منها.

انظر أيضاً

الهامش

المصادر

  1. ^ أحمد محمود حصري. "السبين". الموسوعة العربية.
  2. ^ Ball, Philip (2009). "Quantum objects on show" (PDF). Nature. 462 (7272): 416. Bibcode:2009Natur.462..416B. doi:10.1038/462416a. Retrieved 2009-01-12. Unknown parameter |month= ignored (help)

وصلات خارجية

قالب:Physics operator