عدد کوانتومی مغناطیسی اسپینی

الکترون در اتم ، علاوه بر این که تحت تاثیر نیروی جاذبه هسته ، به دور آن می‌‌چرخد، دارای یک حرکت چرخشی به دور خود نیز می‌‌باشد. این نوع چرخش را اصطلاحا اسپین الکترون می‌‌گویند. «اسپین» واژه انگلیسی (Spin) است که به معنای چرخش می‌‌باشد.

می‌‌دانیم که کره زمین دارای دو نوع حرکت وضعی و انتقالی است. حرکت انتقالی آن به دور خورشید بوده و حرکت وضعی به دور خودش می‌‌باشد. هر یک از این دو نوع حرکت ، دارای اندازه حرکت زاویه‌ای مخصوص به خود هستند که در مورد حرکت انتقالی ، اندازه حرکت زاویه‌ای مداری و در مورد حرکت وضعی ، اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی می‌‌گویند، بدیهی است که اندازه حرکت زاویه‌ای کل برابر با مجموع این دو اندازه حرکت است.

تائید تجربی اسپین الکترون

اگر مدلی را در نظر بگیریم که زمین فقط یک نقطه مادی باشد، انتساب تکانه زاویه‌ای به آن بی‌معنی خواهد بود، اما در مدل دیگری که زمین را با ابعاد محدود در نظر می‌‌گیریم، وجود اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز امکان پذیر است. لذا اگر این قضیه را در مورد مدل اتمی ‌بوهر بکار ببریم، با این فرض که الکترون یک بار نقطه‌ای نبوده، بلکه یک کره کوچک فرض شود، در این صورت الکترون علاوه بر اندازه حرکت زاویه‌ای مداری دارای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نیز خواهد بود.

بنابراین باید جابجایی در ترازهای انرژی اتمها و نیز در طول موج خطوط طیفی که از اتمها گسیل می‌‌شود، ظاهر شود که مربوط به اسپین الکترون باشد. در طیف سنجهای دقیق چنین جابجائی‌هایی دیده شده‌اند. این نوع آزمایشها و نیز شواهد تجربی دیگر نشان می‌‌دهند که الکترون ، تکانه زاویه‌ای و گشتاور مغناطیسی دارد که به حرکت آن بر مدار پیرامون هسته مربوط نبوده، بلکه به ذات ذره مربوط است .

 

ویژگیهای اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی

تکانه زاویه‌ای یا اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون را با S نشان می‌‌دهند. مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، این کمیت نیز کوانتیده است. بنابراین در میدان مغناطیسی ، S هر جهتی را اختیار نمی‌‌کند و فقط مجاز است در جهتهایی قرار گیرد که مولفه آن در امتداد میدان مغناطیسی (اگر میدان مغناطیسی در جهت z فرض شود) ، مضرب 2/1+ یا 2/1- داشته باشد.

اسپین الکترون در مکانیک کوانتومی

در مکانیک کوانتومی ‌که تابع موج جانشین مدارهای بوهر می‌‌شود، ارائه تصویری از چرخش الکترون غیر ممکن است. اگر توابع موج الکترون را مانند توده‌های ابری تصور کنیم که پیرامون هسته قرار گرفته‌اند، می‌‌توان تعداد بی‌شماری پیکان بسیار کوچک را در نظر مجسم کرد که در درون توده ابری پراکنده‌اند و همگی در یک راستا ، z+ یا z- ، امتداد هستند. البته آنچه گفته شد یک تصور خیالی است و امیدی به دیدن ساختار اتمی ‌وجود ندارد. چون ابعاد آن هزاران مرتبه از طول موجهای نورمریی کوچکتر است. همچنین برهمکنش فوتونها با اتم ، ساختاری را که رویت آن مورد نظر است را بشدت تغییر می‌‌دهد.

در هر حال ، مفهوم اسپین الکترون با آزمایشهای متعدد تجربی مورد تائید قرار گرفته است و در مکانیک کوانتومی ‌برای مشخص کردن عدد کوانتومی ‌جدیدی به نام عدد کوانتومی ‌اسپینی الکترون در نظر گرفته می‌‌شود.

حرکت اسپینی دو حالت دارد و ما یکی را در جهت ساعت و دیگری عکس جهت ساعت در نظر می گیریم.

حرکت اسپینی توصیف خاصیت مغناطیسی حاصل از حرکت الکترون حول محور خود است . اسپین یکی از ویژگی های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی بشمار می‌آید. نزدیک ‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین اندازه‌ حرکت زاویه‌ای است.ت.

مطابق تفسیر بور و هایزنبرگ از تابع موج الکترون، اسپین الکترون قبل از اندازه گیری ، ترکیبی احتمالی از هر دو حالت ممکن است.و به هنگام اندازه گیری است که یکی از دو مقدار 2/1+ و 2/1- را اخنیار می کند.

مثال عملی از اثبات وجود اسپین الکترون توسط اشترن گرلاخ برای جداسازی اتمهای نقره در فاز بخار و در حضور یک میدان مغناطیسی بود