Spin

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

O spin é a propiedade básica das partículas elementais que determina se as particulas satisfan o principio de exclusión de Pauli (daquela son fermións, seguindo a estatística de Fermi-Dirac) ou non (entón son bosóns, satisfacendo a estatística de Bose-Einstein).

Introducción[editar | editar a fonte]

O spin, en física (Do inglés spin, xiro, virar), é unha propiedade das partículas fundamentais (como o é a masa ou a carga), que foi introducido en 1925 por Ralph Kronig, e, de xeito independente, por George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit. Os dous físicos descubriron que a teoría cuántica da época non podía explicar algunhas propiedades dos espectros atómicos; engadindo un número cuántico adicional o spin do electrón, Goudsmit e Uhlenbeck lograron dar unha explicación máis completa dos espectros atómicos. Pronto, o concepto de spin ampliouse a todas as partículas subatómicas, incluídos os protones, os neutrones e as antipartículas.

O spin proporciona unha medida do momento angular intrínseco de devanditas partículas, pero, en contraste coa mecánica clásica, onde o momento angular asóciase á rotación dun obxecto extenso, o spin é un fenómeno exclusivamente cuántico.

Nas teorías cuánticas non relativistas o spin debe introducirse de xeito artificial, mentres que nas relativistas aparece de xeito natural.

Propiedades do spin[editar | editar a fonte]

Como propiedade mecanocuántica, o spin presenta unha serie de cualidades que o distinguen do momento angular clásico. Está cuantizado, o que significa que non pode variar de forma gradual, senón que só pode ter valores discretos. Por exemplo, o momento angular de spin dun electrón, se se mide en calquera dirección particular dada por un campo magnético externo, pode resultar unicamente nos valores

\hbar/2

ou

-\hbar/2

(onde \hbar é a constante de Planck dividida entre 2\pi).

A magnitude do spin (independente da dirección) é única para cada tipo de partícula elemental. Para os electróns, os protóns e os neutróns, esta magnitude é \hbar/2. En xeral, todos os fermiones presentan spins "semienteiros", isto é,

n\cdot\hbar/2.

Os bosóns teñen estados de spin "enteiro" (n\cdot\hbar). Así, os fotóns por exemplo teñen spin "unidade" (\hbar). Algunhas partículas exóticas como o pión teñen spin nulo. Os principios da mecánica cuántica indican que os valores do spin limítanse a múltiplos enteiros ou semienteros de \hbar), polo menos baixo condicións normais.

As partículas con spin presentan un momento magnético, recordando a un corpo cargado electricamente en rotación (de aí a orixe do termo: spin, en inglés, significa "virar"). A analoxía pérdese ó ver que o momento magnético de spin existe para partículas sen carga, como o fotón. O ferromagnetismo xorde do aliñamento dos spins (e, ocasionalmente, dos momentos magnéticos orbitais) nun sólido.

 \left( \sigma _x \hat{x} + \sigma _y \hat{y} + \sigma _z \hat{z} \right) é o operador spin en forma vectorial sendo  \sigma_i as matrices de Pauli.

Por exemplo: Para medir o spin na dirección z (en coordenadas cartesianas) hai dúas autoestados de S. Asígnanse vectores ós spins como segue:

 | {\uparrow} \rangle = \left \vert {m = +\frac 1 2} \right \rangle = \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix}
 | {\downarrow} \rang = \left \vert {m = -\frac 1 2} \right \rang = \begin{bmatrix} 0 \\ 1 \end{bmatrix}

entón o operador correspondente en devandita representación será

 S_z = \frac{\hbar}{2} \sigma _z = \frac{\hbar}{2} \begin{pmatrix}   
- 1&0\\ 0&-1 \end{pmatrix}

En representación matricial o operador actúa cos vectores de dirección chamados "espinores".

Aplicacións ás novas tecnoloxías ou a tecnoloxías futuras[editar | editar a fonte]

Magnetorresistencia e láser[editar | editar a fonte]

Na actualidade, a microelectrónica atopa aplicacións a certas propiedades ou efectos derivados da natureza do spin, como é o caso da magnetorresistencia (MR) ou a magnetorresistencia xigante (MRG) que se aproveita nos discos duros.

Pódese ver o funcionamento dos láseré como outra aplicación das propiedades do spin. No caso dos bosones pódese forzar a un sistema de bosóns a posicionarse no mesmo estado cuántico. Este é o principio fundamental do funcionamento dun láser no que os fotóns, partículas de spin enteiro, dispóñense no mesmo estado cuántico producindo trens de onda en fase.

Spintrónica e computación cuántica[editar | editar a fonte]

Ó uso, presente e futuro, de tecnoloxía que aproveita propiedades específicas dos spins ou que busca a manipulación de spins individuais para ir máis aló das actuais capacidades da electrónica coñéceselle como spintrónica.

Tamén se está a investigar a posibilidade de aproveitar as propiedades do spin para futuras computadoras cuánticas, nos que o spin dun sistema illado poida servir como qubit ou bit cuántico.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]