Spin

Spin on alkeishiukkasten ominaisuus, jonka lähin klassinen analogia on sisäinen pyörimismäärä, mutta täysin spiniä ei voi kuvata klassisilla malleilla. Spin on kvantittunut ominaisuus siinä mielessä, että spinin itseisarvo S voi saada vain arvot

$S=\hbar \,{\sqrt {s(s+1)}},$

missä kvanttiluku s on joko kokonaisluku tai puoliluku: s=0,1/2,1,3/2,... ja $\hbar$ on Planckin vakio h jaettuna $2\pi$:llä:

$\hbar ={\frac {h}{2\pi }}.$

Jos spin on kokonaisluku, kyseessä on bosoni, jos puoliluku, kyseessä on fermioni.

Myös spinin jokaisen avaruuskomponentin mahdolliset arvot ovat kvantittuneet. Jos hiukkasen spiniä kuvaa yllä mainittu kvanttiluku s, spinin komponentti valitun koordinaattiakselin suuntaan voi saada 2s+1 arvoa eli esimerkiksi z-akselin suuntainen komponentti voi saada arvot

$S_{z}=\hbar s_{z},\qquad$

missä $s_{z}=-s,-(s-1),\cdots ,s-1,s$.

Spin liittyy hiukkasen magneettisiin ominaisuuksiin siten, että jos esimerkiksi atomin kokonaisspin on nollasta poikkeava, niin sillä on magneettinen momentti. Tällainen hiukkassuihku jakautuu epätasaisessa magneettikentässä 2s+1 eri osaan. Fyysikoiden puhekielessä spinistä puhuttaessa tarkoitetaan yleensä juuri kvanttilukua s.

Tavallisten alkeishiukkasten (kvarkit, leptonit) spin on 1/2. Fotonin, gluonin, sekä W ja Z -bosoneiden spin on puolestaan 1. Gravitonin spin on 2.

Spintroniikka tutkii mahdollisuutta hyödyntää elektronin spiniä tiedon tallentamisessa, käsittelemisessä ja siirrossa.

Kirjallisuutta

• Mandl, Franz: Quantum Mechanics. Butterworths & Co., 1966 (1957).

Aiheesta muualla

• Nanobittejä.fi: Veijo Hänninen, Futuristinen spintroniikka