Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Материяның түрі
Type of matter
Кванттық механикада спин – барлық элементар бөлшектердің ішкі қасиеті. Қарапайым материяны құрайтын барлық белгілі фермиондар спинге ие. Спин саны бөлшектің толық бір айналымында қанша симметриялық жағы бар екенін көрсетеді; спин саны екі толық айналыс (720°) жасауды талап етеді, содан кейін ғана бөлшек бастапқы конфигурациясына оралады. Протон, нейтрон, электрон, нейтрино және кварктар сияқты бөлшектердің спині бар. Спинге ие объектілердің динамикасын классикалық физикамен дәл сипаттау мүмкін емес; олар кванттық механиканы қолдануды қажет ететін ең қарапайым жүйелердің қатарына жатады. Сондықтан спиндік жүйелердің қалай өтетінін зерттеу кванттық механиканың маңызды бөлігін құрайды.
In quantum mechanics, spin is an intrinsic property of all elementary particles. All known fermions, the particles that constitute ordinary matter, have a spin of The spin number describes how many symmetrical facets a particle has in one full rotation; a spin of means that the particle must be rotated by two full turns (through 720°) before it has the same configuration as when it started. Particles having net spin include the proton, neutron, electron, neutrino, and quarks. The dynamics of spin objects cannot be accurately described using classical physics; they are among the simplest systems which require quantum mechanics to describe them. As such, the study of the behavior of spin systems forms a central part of quantum mechanics.
Стерн-Герлах эксперименті
Жартылай бүтін спин енгізу қажеттілігі эксперименттік тұрғыдан Стерн-Герлах экспериментінің нәтижелеріне байланысты туындайды. Атомдар шоғы күшті біртекті емес магнит өрісінен өтеді, нәтижесінде атомдардың ішкі бұрыштық импульсіне қарай N бөлікке бөлінеді. Күміс атомдары үшін шоқ екіге бөлінді, демек, негізгі күй бүтін сан болмауы керек, себебі атомдардың ішкі бұрыштық импульсі ең кішкентай (нөлдік емес) бүтін санға тең болғанда да, яғни 1-ге тең болғанда да, шоқ 3 бөлікке бөлінуі керек еді, бұл Lz = −1, +1 және 0 мәндеріне сәйкес келеді. Мұнда 0 мәні −1 мен +1 арасында орналасқан мән болып табылады, сонымен қатар ол бүтін сан, сондықтан бұл жағдайда жарамды квантталған спин саны болар еді. Екі поляризацияланған кванттық күй арасындағы осы гипотетикалық "қосымша қадамның" болуы үшін үшінші кванттық күй қажет болар еді; үшінші шоқ, бірақ ол экспериментте байқалған жоқ. Соңғы қорытынды бойынша, күміс атомдарының ішкі бұрыштық импульсі тең болады.
The necessity of introducing half integer spin goes back experimentally to the results of the Stern–Gerlach experiment. A beam of atoms is run through a strong heterogeneous magnetic field, which then splits into N parts depending on the intrinsic angular momentum of the atoms. It was found that for silver atoms, the beam was split in two—the ground state therefore could not be an integer, because even if the intrinsic angular momentum of the atoms were the smallest (non zero) integer possible, 1, the beam would be split into 3 parts, corresponding to atoms with Lz = −1, +1, and 0, with 0 simply being the value known to come between −1 and +1 while also being a whole integer itself, and thus a valid quantized spin number in this case. The existence of this hypothetical "extra step" between the two polarized quantum states would necessitate a third quantum state; a third beam, which is not observed in the experiment. The conclusion was that silver atoms had net intrinsic angular momentum of .
Релятивистік кванттық механика
Релятивистік емес кванттық механикада спин гильберт кеңістігінде 2 өлшеммен, ал динамикасы 3 өлшемді кеңістік және уақытпен сипатталады. Релятивистік кванттық механикада спин гильберт кеңістігінде 4 өлшеммен және 4 өлшемді кеңістік-уақытпен сипатталатын динамикамен анықталады.
While non relativistic quantum mechanics defines spin with 2 dimensions in Hilbert space with dynamics that are described in 3 dimensional space and time, relativistic quantum mechanics defines the spin with 4 dimensions in Hilbert space and dynamics described by 4 dimensional space time.
Байқалатын заттар
Салыстырмалылық теориясындағы кеңістік-уақыттың төрт өлшемділігіне байланысты, релятивистік кванттық механика спин операторлары мен өлшенетін шамаларды сипаттау үшін 4×4 матрицаларды пайдаланады.
As a consequence of the four dimensional nature of space time in relativity, relativistic quantum mechanics uses 4×4 matrices to describe spin operators and observables.
Тарих
Физик Пол Дирак Шредингер теңдеуін Эйнштейннің салыстырмалылық теориясымен үйлесімді ету үшін өзгертуге тырысқанда, оның нәтижесіндегі Дирак теңдеуіне матрицаларды қосу арқылы ғана бұл мүмкін екенін анықтады, бұл толқынның спинге алып келетін көптеген компоненттері болуы керек екенін көрсетеді. 1967 жылы Якир Ахаронов пен Леонард Сускинд ұсынғаннан кейін, 1974 жылы Хелмут Раух және оның әріптестері нейтрондық интерферометрияны пайдаланып 4π спинор айналымын тәжірибелік түрде растады.
When physicist Paul Dirac tried to modify the Schrödinger equation so that it was consistent with Einstein's theory of relativity, he found it was only possible by including matrices in the resulting Dirac equation, implying the wave must have multiple components leading to spin. The 4π spinor rotation was experimentally verified using neutron interferometry in 1974, by Helmut Rauch and collaborators, after being suggested by Yakir Aharonov and Leonard Susskind in 1967.