Der Spin führt zur grundlegenden und unveränderlichen Klassifizierung der Elementarteilchen in Bosonen , Spin ganzzahlig, und Fermionen (Spin halbzahlig). Daher entsteht durch die Addition von zwei halbzahligen Drehimpulsen ein ganzzahliger , wie bei zwei ganzzahligen auch,, während sich ein halbzahliger und ein ganzzahliger Drehimpuls zu einem halbzahligen Drehimpuls addieren. Im Stern-Gerlach-Versuch ermöglichte der Elektronenspin den ersten direkten Nachweis der Richtungsquantelung.
Er hat aber im Vergleich zum Bahndrehimpuls des Kreisstroms genau die doppelte Stärke. spinempire casino login Dieser Dipol liegt zum Spin parallel, genau wie der magnetische Dipol eines Kreisstroms parallel zu dessen Bahndrehimpuls liegt. Fügt man in die Dirac-Gleichung die Wirkung eines statischen Magnetfelds ein — ergibt sich eine Zusatzenergie wie bei einem magnetischen Dipol.
Unerklärt blieben aber die häufig beobachteten geradzahligen magnetischen Aufspaltungen in zwei oder mehr Niveaus sowie die zweifache Aufspaltung eines Niveaus schon ohne Magnetfeld (z. B. bei der intensiven gelben Spektrallinie von Natrium — an der auch Zeeman erstmals den magnetischen Effekt hatte nachweisen können). Nachdem der Quantensprung von Elektronen im Atom , zwischen den genau vorgegeben, stabilen Bahnen, als maßgeblich für die Emission von Lichtwellen mit wohlbestimmten Frequenzen (Spektrallinien) erkannt worden war (überzeugend z. B. im Bohrschen Atommodell 1913), stellte die schon lange beobachtete feine Aufspaltung vieler Linien weiterhin ein ungelöstes Problem dar. Wie oder wodurch der Spin zustande kommt, bleibt in der klassischen Physik unerklärbar. Selbst wenn das Elektron mit kinetischer Energie Null ruht (hat es seinen Spin), der deshalb auch als Eigendrehimpuls bezeichnet wird. Das entspricht beim Elektron fast genau dem experimentellen Ergebnis, der genaue Wert ist jedoch ungefähr 2,00232.
Boson, Fermion, Teilchenzahlerhaltung
Die Abweichung vom Wert 2 beträgt nur 1 ‰ (ist aber heute bis auf 10 Dezimalstellen genau gemessen worden), um erst diese Theorie und dann das volle Standardmodell zu testen. Die Effekte der magnetischen Elektronenspinresonanz werden zur detaillierten Untersuchung von paramagnetischen Stoffen genutzt. Doch 1927 begründete Pauli selbst in Gestalt der Pauli-Spinmatrizen den heute noch gültigen Umgang mit dem halbzahligen Elektronenspin in der , nichtrelativistischen, Quantenmechanik.
Magnetische Materialien und der Spin von Elektronen
In der Entwicklung der Elementarteilchenphysik hat dieses Isospinkonzept eine bedeutende Rolle gespielt. Aus dem Satz von der Erhaltung des Gesamtdrehimpulses eines Systems bei allen möglichen Prozessen folgt die – mit der Beobachtung übereinstimmende – Einschränkung (dass die Fermionen sich nur in Paaren erzeugen oder vernichten lassen), nie einzeln, weil sich sonst der Gesamtdrehimpuls von einem ganzzahligen zu einem halbzahligen Wert oder umgekehrt ändern müsste. Weiter folgt, dass ein System, das außer einer beliebigen Zahl Bosonen eine ungerade Anzahl von Fermionen enthält, nur einen halbzahligen Gesamtdrehimpuls haben kann, und mit einer geraden Anzahl Fermionen nur einen ganzzahligen Gesamtdrehimpuls.
Wenn man unterschiedliche Elementarteilchen wie Protonen und Neutronen oder Elektronen und Elektronneutrinos für die beiden Basiszustände auswählt, wird die physikalische Größe, die durch dieses Vorgehen definiert wird, als Isospin des jeweiligen Teilchens bezeichnet. In der Physik spricht man auch in der Alltagssprache bei vielen zusammengesetzten Teilchen und Quasiteilchen vom Spin, der den Drehimpuls um den Schwerpunkt beschreibt, wie beispielsweise bei Protonen, Neutronen, Atomkernen oder Atomen. Ein System — das aus Bosonen und Fermionen besteht, zeigt genau dann einen halbzahligen Gesamtdrehimpuls, wenn eine ungerade Anzahl an Fermionen vorhanden ist.
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