El espín o spin

La existencia del espín del electrón está confirmada experimentalmente

El espín (del inglés spin 'girar') se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Se trata de una propiedad intrínseca de la partícula como lo es la masa o la carga eléctrica.
En 1920, los químicos llegaron a la conclusión de que con los números cuánticos conocidos (masa, carga eléctrica) no se conseguía describir completamente a los electrones en el átomo.

Kronig
Goudsmit
Uhlenbeck
Ralph Kronig, físico alemán (1904-1996)
Samuel Goudsmit, físico holandés (1902-1978)
George Uhlenbeck, físico holandés (1900-1988)

Alrededor del año 1925, tres investigadores: Ralph Kronig, Goudsmit y Uhlenbeck, partieron de la idea de que el electrón que orbita alrededor del núcleo atómico es similar a la Tierra en su su movimiento orbital alrededor del Sol.

Y que, así como la Tierra tiene un movimiento de rotación alrededor de su eje, también el electrón ligado a un átomo, gira sobre sí mismo.

El momento angular total de la Tierra es la suma vectorial de su momento angular orbital y de su momento angular de rotación alrededor de su eje. Pero, en el caso del electrón no podemos calcular su momento angular de rotación del mismo modo que como calculamos el de la Tierra, en función de su masa, radio y velocidad angular.

Espin orbitando

El electrón es poseedor de una carga eléctrica negativa; y, al girar el electrón sobre su propio eje genera un campo magnético que denominamos espín.

El espín proporciona una medida del momento angular intrínseco de toda partícula.

Añadiendo el espín como un cuarto número cuántico, se logró dar una explicación más completa de las características de los espectros de átomos que poseen un solo electrón. Actualmente, la existencia del espín del electrón está confirmada por muchos resultados experimentales.

Pronto, el concepto de espín se amplió a todas las partículas subatómicas, incluidos los protones, los neutrones y las antipartículas.

 

Espin

Los principios de la mecánica cuántica indican que los valores del espín, bajo condiciones normales, se limitan a múltiplos enteros o semienteros de la constante de Dirac.

La constante de Dirac es la constante de Planck dividida entre 2π.

h es la constante de Planck

Los fermiones (electrones, quarks, neutrinos) tienen espines de valor semi-enteros ( ½, 3/2)..
Los bosones (fotones, gluones, bosones) tienen espines de valor entero (0, 1, 2)

Algunas partículas exóticas como el pión tienen espín nulo.

Dirac
Paul Dirac, físico inglés (1902-1984)

El momento magnético de espín existe para partículas sin carga, como el fotón, el cual tiene un espín entero.

El ferromagnetismo surge del alineamiento de los espines (y, ocasionalmente, de los momentos magnéticos orbitales) en un sólido.

Actualmente, la microelectrónica encuentra aplicaciones a ciertas propiedades o efectos derivados de la naturaleza del espín, como es el caso de la magnetorresistencia (MR) o la magnetorresistencia gigante (MRG) que se aprovecha en los discos duros.

Se puede forzar a un sistema de bosones a posicionarse en el mismo estado cuántico. Este es el principio fundamental del funcionamiento de un láser en el que los fotones, partículas de espín entero, se disponen en el mismo estado cuántico produciendo trenes de onda en fase.

También se baraja la posibilidad de aprovechar las propiedades del espín para futuras computadoras cuánticas, en los que el espín de un sistema aislado pueda servir como bit cuántico (qubit).

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