Спин. Принцип Паули

Момент импульса микрочастиц связан с их движением как целого материального тела относительно некоторой системы отсчета. Но частицы могут некоторым образом двигаться относительно самих себя, например вращаться относительно своей оси. Физическая величина, которая характеризует такое движение, называется спином. Эта величина имеет аналогию с моментом импульса микрочастицы, но при этом является существенно квантовой величиной. Спин – это внутреннее свойство квантовой частицы, характеризующее наравне с другими величинами: массой, зарядом и т.д. При этом у спина нет классического аналога.

Как и момент импульса спин задается модулем и проекцией на некоторую ось, например :

,

где число является аналогом орбитального квантового числа, а

.

В последнем выражении принимает значения от до . Число принимает целые и полуцелые значения и называется спиновым числом или спином. Например, у электрона, протона и нейтрона спиновое число равно , у фотона равно . Существуют микрочастицы, у которых .

Микрочастицы, у которых целочисленные спины, называются бозонами, а микрочастицы с полуцелыми спинами называются фермионами.

Таким образом, микрочастицы определяются четырьмя квантовыми числами:

главным квантовым числом , которое характеризует энергию микрочастицы;

орбитальным квантовым числом , которое характеризует модуль момента импульса микрочастицы;

магнитным квантовым числом , которое характеризует направление момента импульса микрочастицы;

спиновое число , которое характеризует спин микрочастицы.

Экспериментально установлено, что для фермионов действует принцип Паули:

В одной и той же квантовой системе не может быть двух электронов, обладающих одинаковой совокупностью квантовых чисел.

Данный принцип объясняет целый ряд физических закономерностей и явлений, например, существование периодической системы элементов Д.И.Менделеева.

Раздел 2. Физика атомов и молекул

ЛЕКЦИЯ 41. Строение атома водорода

Вопросы:

41.1.Энергия атома водорода.

41.2.Состояния электронов в атоме водорода.

41.3.Спектры излучения и поглощения атома.

41.3. Водородоподобные атомы.

Дата добавления: 2015-04-24