Что такое спин?

Опыт Штерна - герлаха.
Опыт Штерна - герлаха (опыт Капицы - Семенова) - опыт, осуществлённый в 1922 году немецкими физиками Отто Штерном и вальтером герлахом. Опыт подтвердил квантование проекции вектора магнитного момента атомов, а также стал одним из главных аргументов в пользу существования у электронов собственного магнитного момента и связанного с ним момента импульса - спина
. Идея подобного опыта возникла у российских физика Петра Капицы и химика Николая Семенова, которые не смогли осуществить опыт из-за нехватки оборудования в Петрограде.
Изначально эксперимент проводился с атомами серебра, но позднее аналогичные результаты были получены и для атомов других металлов, а также для пучков протонов и электронов. Идея опыта заключалась в измерении силы, действующей на атом в сильно неоднородном магнитном поле. Неоднородность магнитного поля должна быть такова, чтобы она сказывалась на расстояниях порядка размера атома. Только при этом можно было получить силу, действующую на каждый атом в отдельности. Эти опыты доказали существование магнитного момента у рассмотренных частиц и показали их квантовую природу, явив собой доказательство постулатов квантовой теории.

Опыты Штерна и герлаха не только подтвердили пространственное квантование моментов импульсов в магнитном поле, но и дали экспериментальное подтверждение тому, что магнитные моменты электронов тоже состоят из некоторого числа "Элементарных Моментов", т. е. имеют дискретную природу. Единицей измерения магнитных моментов электронов и атомов является магнетон бора? - Единица измерения механического момента импульса.
Кроме того, в этих опытах было обнаружено новое явление. Валентный электрон в основном состоянии атома серебра имеет орбитальное квантовое число l = 0 (s - состояние. Но при l = 0: L = 0 (проекция момента импульса на направление внешнего поля равна нулю. Возник вопрос, пространственное квантование какого момента импульса обнаружилось в этих опытах и проекция какого магнитного момента равна магнетону бора.
В 1925 г. студенты геттингенского университета гаудсмит и уленбек предположили существование собственного механического момента импульса у электрона (спина) и, соответственно, собственного магнитного момента электрона Pms.
Введение понятия спина сразу объяснило ряд затруднений, имевшихся к тому времени в квантовой механике. И в первую очередь - результатов опытов Штерна и герлаха. Авторы дали такое толкование спина: электрон - вращающийся волчок. Но тогда следует, что "Поверхность" волчка (электрона) должна вращаться с линейной скоростью, равной 300 с, где с - скорость света. От такого толкования спина пришлось отказаться.
Из опытов Штерна и герлаха следует, что таких ориентаций всего две: 2s 1 = 2, а значит s = 1/2, т. е. спиновое квантовое число имеет только одно значение.
Для атомов первой группы, валентный электрон которых находится в s - состоянии (l = 0), момент импульса атома равен спину валентного электрона. Поэтому обнаруженное для таких атомов пространственное квантование момента импульса в магнитном поле является доказательством наличия у спина лишь двух ориентаций во внешнем поле. (Опыты с электронами в p - состоянии подтвердили этот вывод, хотя картина получилась более сложной) (желтая линия натрия - дуплет из-за наличия спина.
В современном представлении - спин, как заряд и масса, есть свойство электрона.
П. Дирак впоследствии показал, что существование спина вытекает из решения релятивистского волнового уравнения Шредингера. Наука@Science_Newworld.