هر ذره را می توان مانند فرفره یا زمین یا خورشید یا کهکشان، یا حتی جهان ، به حال چرخش حول محورش مجسم کرد. این چرخش را اسپین می گویند. یادآوری می شود که یک جسم چرخان متقارن دارای اندازه حرکت زاویه ای اسپینی است، که در محاسبات مربوط به اندازه حرکت زاویه ای، مستقل از انتخاب محور است. به بیان دیگر اندازه حرکت زاویه ای یک جسم چرخان، خاصیت ذاتی جسم است
ما از روی عادت چنین تصور می کنیم که اجسام بزرگ همچون زمین می توانند با هر سرعت دلخواهی بچرخند و دوره ی تناوب بیست و چهار ساعت برای دوران زمین حول محورش، نتیجه یک حادثه ی طبیعی است. در اصل زمین می توانست دوره ی تناوبی برابر بیست و سه ساعت و حتی یکساله داشته باشد
ولی هنگامیکه با ذراتی در سطح کوانتومی سروکار داریم، این آزادی در چرخش دیگر وجود ندارد. ما در می یابیم که یک ذره بنیادی فقط با سرعت های مشخص که دقیقاً تعیین شده بچرخد. برای درک اینکه مکانیک کوانتومی چه چیزی در باره ی اسپین ذره ای در اختیار ما می نهد، مفهوم سرعت دوران اصلی را باید معرفی کرد. این یک واحد بنیادی است که اسپین واقعی ذره بر حسب آن اندازه گیری می شود. مکانیک کوانتومی می گوید که چگونه این سرعت را برای هر ذره محاسبه کنیم. بعنوان مثال پروتون دارای سرعت دوران اصلی حدود 22^10 ( ده بتوان بیست و دو) دور بر ثانیه است از نظر فنی، سرعت دوران اصلی از مساوی قرار دادن اندازه حرکت زاویه ای ذره چرخنده با ثابت پلانک محاسبه می شود. برای کره ای به جرم و شعاع M, R و دوره ی تناوب آن T است، از رابطه زیر به دست می آید
4piMR/5T=h
که در آن h ثابت پلانک است
مقداری که از این رابطه به دست می آید، همان چیزی است که آنرا سرعت دوران اصلی می گویند مفهوم سرعت دوران اصلی را اینطور می توان بیان کرد که ذرات فقط می توانند با سرعت هایی که مضارب خوش تعریف و مشخصی از سرعت دوران اصلی آنها است بچرخند
اسپین الکترون
اسپین ذره نخستین بار توسط اولنبک و گوداشمیت مطرح شد. در سال 1925 ایشان اظهار داشتند که یک اندازه ی حرکت زاویه ای ذاتی، کاملاً مستقل از حرکت مداری، به هر الکترون وابسته است. این اندازه حرکت ذاتی ، اسپین الکترون نامیده می شود. زیرا می توان آن را با اندازه حرکت ذاتی که هر جسم گسترده بر اساس دوران یا اسپین حول مرکز جرم خود دارد یکسان دانست البته اکنون در مکانیک کوانتوم تلقی یک الکترون به عنوان یک کره ساده با بار الکتریکی صحیح نیست، بلکه به خاطر مشخص کردن اندازه حرکت زاویه ای اسپینی الکترون به کمک یک مدل قابل تجسم، بهتر است که آن را به عنوان جسمی که در فضا دارای گسترش است و به طور پیوسته حول یک محور به دور خود می چرخد در نظر گرفت. به علاوه، چون بار الکتریکی منفی در حال دوران در نظر گرفته می شود، یک میدان مغناطیسی توسط الکترون چرخان تولید می شود و یک گشتاور مغناطیسی که بر خلاف اندازه حرکت زاویه ای (اسپین) است ، می توان به اسپین الکترون نسبت داد
مقدار اسپین ذرات
اسپین ذرات را با ثابت پلانک می سنجند. در نظریه کوانتومی به اندازه حرکت زاویه ای یک فوتون که از اسپین آن ناشی می شود، مقدار h/2pi را نسبت می دهند. و اسپین آن را برابر یک در نظر می گیرند . بنابراین هرگاه سخنی در مورد عدد اسپین یک ذره مطرح شد، باید آن عدد را در مقدار زیر ضرب کرد h/2pi
اسپین ذرات زیر اتمی
اسپین بعضی از ذرات ، وقتی که دو برابر شود، به یک عدد صحیح فرد تبدیل می شود. این گونه اسپین ها را می توان به صورت زیر نشان
(2n+1)+ (or -)1/2
انرژی اینگونه ذرات از قواعدی پیروی می کند که به وسیله فرمی و دیراک مطرح شدند. این قواعد اساس آمار فرمی-دیراک است Fermi-Dirac statistics الکترون و پروتون فرمیون هستند. نوترون، پوزیترون و میون نیز یک فرمیون استذراتی نیز وجود دارند که وقتی اسپین آنها دو برابر شود، یک عدد زوج می شود. انرژی این ذرات از قواعدی پیروی که به وسیله اینشتین و بور تنظیم شده است. ذراتی که از آمار بوز اینشتین پیروی می کنند، بوزون نامیده می شوند. مثلاً ذره آلفا یک بوزون است Bose-Einstein statistics Boson ذرات این دو طبقه (فرمیونها و بوزونها) خواصی متفاوت دارند. مثلاً اصل طرد پائولی نه تنها در مورد الکترونها صادق است، بلکه در مورد همه فرمیونها درست است، اما در مورد بوزونها به کار نمی رود. فوتون و گراویتون بوزون هستند. همچنین دره ی آلفا، مزون پی و دوترون نیز بوزون هستند. لازم به یادآوری است که اتمها نیز دارای اسپین می باشند و بنابر انرژی حالت پایه خود در گروه فرمیونها یا بوزونها قرار می گیرند
Spin of CPH اسپین سی. پی. اچ
سی. پی. اچ. دارای اسپین متغییر است که یک حالت خاص آن زمانی است که مجرد بوده و گراویتون (بوزون است) نامیده می شود. همچنین اسپین در نظریه سی. پی. اچ. دارای اهمیت زیادی است که بسیاری از پدیده های مهم جهان نظیر بیگ بنگ و انرژی تاریک Dark Energy را می توان با آن توجیه کرد
با تشکر
حسین جوادی