اسپین: تفاوت بین نسخه‌ها
(صفحه‌ای جدید حاوی '{{نوشتار خرد}}رده:فیزیک اسپین (انگلیسی: Spin)، از خاصیت‌های بنیادی ذرات زیراتمی ...' ایجاد کرد) |
|||
| (۱۵ نسخهٔ میانی ویرایش شده توسط ۴ کاربر نشان داده نشده) | |||
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
| − | + | [[پرونده:Quantum projection of S onto z for spin half particles.PNG|left]] | |
| + | |||
| + | |||
| + | اسپین (انگلیسی: Spin)، از خاصیت‌های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی بشمار می‌آید. نزدیک‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین [[اندازه حرکت زاویه ای]] است. در مکانیک کوانتوم عملگر اسپین درست از همان قانون جابجایی عملگر اندازه‌حرکت زاویه‌ای پیروی میکند. | ||
| + | |||
| + | همانطور که ذره‌های بنیادی [[جرم]] و بار متفاوت دارند اسپین متفاوت نیز دارند. اسپین یک ذره میتواند صفر یا هرعدد صحیح و نیم‌صحیح بزرگ‌تر از صفر باشد یعنی ۱/۲ یا ۱ یا ۳/۲ و الی آخر. مثلاً اسپین [[الکترون]] ۱/۲ و اسپین [[فوتون]] ۱ و اسپین [[گراویتون]] ۲ است. به ذراتی که اسپین نیم‌صحیح دارند اصطلاحاً [[فرمیون]] و به ذراتی که اسپین صحیح دارند [[بوزون]] میگویند. ثابت میشود که فرمیون‌ها و بوزون‌ها از قوانین آماری متفاوتی پیروی می‌کنند. که به اولی [[آمار فرمی-دیراک]] و به دومی [[آمار بوز-اینشتین]] میگویند. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | == تائید تجربی اسپین الکترون== | ||
| + | |||
| + | از آن جا که کره مفروض باردار (یعنی الکترون) دارای حرکت است، لذا حرکت چرخشی آن معادل حلقه جریانی است که گشتاور مغناطیسی خاص خود را نیز دارد. اگر واقعا چنین گشتاور مغناطیسیی وجود داشته باشد، باید با میدان برهمکنش داشته و انرژی برهمکنشی نظیر این گشتاور مغناطیسی وجود داشته باشد. این اثرها غیر از برهمکنش گشتاور مغناطیسی[[ مدار]]ی با میدان مغناطیسی خارجی است. | ||
| + | |||
| + | بنابراین باید جابجایی در ترازهای انرژی اتمها و نیز در [[طول موج]] خطوط طیفی که از اتمها گسیل میشود، ظاهر شود که مربوط به اسپین الکترون باشد. در[[ طیف سنج]] های دقیق چنین جابجائی‌هایی دیده شده‌اند. این نوع آزمایشها و نیز شواهد تجربی دیگر نشان می‌‌دهند که [[الکترون]] ، [[تکانه زاویه ای]] و گشتاور مغناطیسی دارد که به حرکت آن بر مدار پیرامون هسته مربوط نبوده، بلکه به ذات ذره مربوط است. | ||
| + | |||
| + | == ویژگیهای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی== | ||
| + | |||
| + | |||
| + | [[تکانه زاویه ای]] یا اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون را با S نشان می‌‌دهند. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، این کمیت نیز کوانتیده است. بنابراین در میدان مغناطیسی ، S هر جهتی را اختیار نمی‌‌کند و فقط مجاز است در جهتهایی قرار گیرد که مولفه آن در امتداد میدان مغناطیسی (اگر میدان مغناطیسی در جهت z فرض شود) ، مضرب 2/1 از ћ باشد. یعنی: | ||
| + | |||
| + | |||
| + | [[پرونده:1aba8dff8cc841f83da044e8178e26a9.png||وسط|]] | ||
| + | |||
| + | تفاوت بارز مولفه''' S_z''' با مولفه''' z''' انداه حرکت زاویه‌ای مداری، در این است که اندازه حرکت زاویه‌ای مداری برخلاف''' S_z''' مضرب صحیحی از''' ћ''' است. | ||
| + | |||
| + | == اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی== | ||
| + | [[پرونده:Spin-spiral-yb.gif||چپ|قاب]] | ||
| + | |||
| + | در [[مکانیک کوانتومی]] که تابع موج جانشین [[مدار]]های بوهر میشود، ارائه تصویری از چرخش الکترون غیر ممکن است. اگر توابع موج [[الکترون]] را مانند توده‌های ابری تصور کنیم که پیرامون هسته قرار گرفته‌اند، می‌‌توان تعداد بی‌شماری پیکان بسیار کوچک را در نظر مجسم کرد که در درون توده ابری پراکنده‌اند و همگی در یک راستا ،''' z+''' یا '''z-''' ، امتداد دارند. البته آنچه گفته شد یک تصور خیالی است و امیدی به دیدن ساختار اتمی وجود ندارد. چون ابعاد آن هزاران مرتبه از طول موجهای نور کوچکتر است. همچنین برهمکنش فوتونها با اتم، ساختاری را که دیدن آن مورد نظر است، بشدت تغییر می‌‌دهد. | ||
| + | |||
| + | در هر حال، مفهوم اسپین الکترون با آزمایشهای متعدد تجربی مورد تائید قرار گرفته است و در مکانیک کوانتومی برای مشخص کردن عدد کوانتومی جدید به نام عدد کوانتومی اسپینی الکترون در نظر گرفته میشود. همان گونه که اشاره کردیم، این عدد کوانتومی فقط میتواند مقادیر''' \pm 1/2''' را به خود بگیرد. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| − | اسپین | + | == ساختار ریز== |
| − | [[ | + | |
| + | شکافت تراز انرژی در اثر[[ گشتاور مغناطیسی]] اسپین الکترون در نبود میدان خارجی را جفت شدگی اسپین مدار می‌‌نامند. چون اسپین الکترون با میدان مغناطیسی ناشی از اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (حرکت الکترون پیرامون هسته) برهمکنش میکند. در مکانیک کوانتومی با استفاده از حل معادله شرودینگر مقدار این شکافتگی را می‌‌توان تعیین نمود. شکافتگی‌هایی را که از این نوع بر همکنش مغناطیسی در خطوط [[طیف]] مربوط به اتمهای مختلف ایجاد می‌‌شوند، در مجموع ساختار ریز میگویند. | ||
| + | |||
| + | البته شکافتگی‌های به مراتب کوچکتر دیگری نیز وجود دارند که حاصل برهمکنش گشتاور مغناطیسی هسته با تکانه زاویه‌ای مداری و اسپین الکترون هستند و ساختار فوق ریز نام دارد. | ||
| − | |||
| + | [[رده:فیزیک]] | ||
| + | == جستاره ای دیگر == | ||
| + | * [[مکانیک کوانتومی]] | ||
| + | * [[الکترون]] | ||
| + | * [[تکانه زاویه ای]] | ||
== منبع == | == منبع == | ||
| − | ویکی پدیا فارسی [http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B3%D9%BE%DB%8C%D9%86] | + | *ویکی پدیا فارسی[http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B3%D9%BE%DB%8C%D9%86 ] |
| + | |||
| + | *دانشنامه رشد نوجوان[http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B3%D9%BE%DB%8C%D9%86+%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86&SSOReturnPage=Check] | ||
نسخهٔ کنونی تا ۱۳ ژوئن ۲۰۱۳، ساعت ۱۰:۰۶
اسپین (انگلیسی: Spin)، از خاصیت‌های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی بشمار می‌آید. نزدیک‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین اندازه حرکت زاویه ای است. در مکانیک کوانتوم عملگر اسپین درست از همان قانون جابجایی عملگر اندازه‌حرکت زاویه‌ای پیروی میکند.
همانطور که ذره‌های بنیادی جرم و بار متفاوت دارند اسپین متفاوت نیز دارند. اسپین یک ذره میتواند صفر یا هرعدد صحیح و نیم‌صحیح بزرگ‌تر از صفر باشد یعنی ۱/۲ یا ۱ یا ۳/۲ و الی آخر. مثلاً اسپین الکترون ۱/۲ و اسپین فوتون ۱ و اسپین گراویتون ۲ است. به ذراتی که اسپین نیم‌صحیح دارند اصطلاحاً فرمیون و به ذراتی که اسپین صحیح دارند بوزون میگویند. ثابت میشود که فرمیون‌ها و بوزون‌ها از قوانین آماری متفاوتی پیروی می‌کنند. که به اولی آمار فرمی-دیراک و به دومی آمار بوز-اینشتین میگویند.
محتویات
تائید تجربی اسپین الکترون[ویرایش]
از آن جا که کره مفروض باردار (یعنی الکترون) دارای حرکت است، لذا حرکت چرخشی آن معادل حلقه جریانی است که گشتاور مغناطیسی خاص خود را نیز دارد. اگر واقعا چنین گشتاور مغناطیسیی وجود داشته باشد، باید با میدان برهمکنش داشته و انرژی برهمکنشی نظیر این گشتاور مغناطیسی وجود داشته باشد. این اثرها غیر از برهمکنش گشتاور مغناطیسیمداری با میدان مغناطیسی خارجی است.
بنابراین باید جابجایی در ترازهای انرژی اتمها و نیز در طول موج خطوط طیفی که از اتمها گسیل میشود، ظاهر شود که مربوط به اسپین الکترون باشد. درطیف سنج های دقیق چنین جابجائی‌هایی دیده شده‌اند. این نوع آزمایشها و نیز شواهد تجربی دیگر نشان می‌‌دهند که الکترون ، تکانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی دارد که به حرکت آن بر مدار پیرامون هسته مربوط نبوده، بلکه به ذات ذره مربوط است.
ویژگیهای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی[ویرایش]
تکانه زاویه ای یا اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون را با S نشان می‌‌دهند. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، این کمیت نیز کوانتیده است. بنابراین در میدان مغناطیسی ، S هر جهتی را اختیار نمی‌‌کند و فقط مجاز است در جهتهایی قرار گیرد که مولفه آن در امتداد میدان مغناطیسی (اگر میدان مغناطیسی در جهت z فرض شود) ، مضرب 2/1 از ћ باشد. یعنی:
تفاوت بارز مولفه S_z با مولفه z انداه حرکت زاویه‌ای مداری، در این است که اندازه حرکت زاویه‌ای مداری برخلاف S_z مضرب صحیحی از ћ است.
اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی[ویرایش]
در مکانیک کوانتومی که تابع موج جانشین مدارهای بوهر میشود، ارائه تصویری از چرخش الکترون غیر ممکن است. اگر توابع موج الکترون را مانند توده‌های ابری تصور کنیم که پیرامون هسته قرار گرفته‌اند، می‌‌توان تعداد بی‌شماری پیکان بسیار کوچک را در نظر مجسم کرد که در درون توده ابری پراکنده‌اند و همگی در یک راستا ، z+ یا z- ، امتداد دارند. البته آنچه گفته شد یک تصور خیالی است و امیدی به دیدن ساختار اتمی وجود ندارد. چون ابعاد آن هزاران مرتبه از طول موجهای نور کوچکتر است. همچنین برهمکنش فوتونها با اتم، ساختاری را که دیدن آن مورد نظر است، بشدت تغییر می‌‌دهد.
در هر حال، مفهوم اسپین الکترون با آزمایشهای متعدد تجربی مورد تائید قرار گرفته است و در مکانیک کوانتومی برای مشخص کردن عدد کوانتومی جدید به نام عدد کوانتومی اسپینی الکترون در نظر گرفته میشود. همان گونه که اشاره کردیم، این عدد کوانتومی فقط میتواند مقادیر \pm 1/2 را به خود بگیرد.
ساختار ریز[ویرایش]
شکافت تراز انرژی در اثرگشتاور مغناطیسی اسپین الکترون در نبود میدان خارجی را جفت شدگی اسپین مدار می‌‌نامند. چون اسپین الکترون با میدان مغناطیسی ناشی از اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (حرکت الکترون پیرامون هسته) برهمکنش میکند. در مکانیک کوانتومی با استفاده از حل معادله شرودینگر مقدار این شکافتگی را می‌‌توان تعیین نمود. شکافتگی‌هایی را که از این نوع بر همکنش مغناطیسی در خطوط طیف مربوط به اتمهای مختلف ایجاد می‌‌شوند، در مجموع ساختار ریز میگویند.
البته شکافتگی‌های به مراتب کوچکتر دیگری نیز وجود دارند که حاصل برهمکنش گشتاور مغناطیسی هسته با تکانه زاویه‌ای مداری و اسپین الکترون هستند و ساختار فوق ریز نام دارد.
جستاره ای دیگر[ویرایش]
منبع[ویرایش]
- ویکی پدیا فارسی[۱]
- دانشنامه رشد نوجوان[۲]
