CHE COS'È LO "SPIN" QUANTISTICO ? / WHAT IS QUANTUM "SPIN"?
CHE COS'È LO "SPIN" QUANTISTICO ? / WHAT IS QUANTUM "SPIN"?
Una semplice trattazione di quello che realmente significa lo spin quantistico. Sicuramente non ha niente a che vedere con il classico momento angolare, ma ne ha tutte le caratteristiche e le proprietà.
Riferiamoci all'elettrone, la particella-non particella più attiva in Natura assieme al fotone. Permettetemi di considerarla come una vera particella, almeno per introdurre la problematica. Assumiamo che abbia anche una forma sferica, assimilandola ad una pallina di metallo.
Essa ha due caratteristiche intrinseche: massa e forma. Esse esistono in qualsiasi stato essa si trovi. Tuttavia, se si mette in moto rettilineo uniforme, acquista una caratteristica fondamentale: la quantità di moto. Se, invece, si mette a ruotare di moto circolare uniforme, acquista momento angolare, ossia il momento della quantità di moto. Bene, questo momento angolare NON ha niente a che vedere con lo "spin" dell'elettrone! Qualcosa di più simile lo potremmo trovare facendo ruotare la particella attorno al proprio asse. Appare, però, un altro problema insormontabile: le dimensioni. Anche se ipotizziamo l'elettrone come una sferetta, le sue dimensioni sono talmente piccole che la rotazione delle parti esterne dovrebbero superare di gran lunga la velocità della luce. E perché mai?
Consideriamo, allora, la storia dello spin e dell'elettrone... Esso, che sia o non sia una vera particella, possiede sicuramente una carica. Se mettiamo in moto la particella, la facciamo ruotare velocemente intorno al proprio asse e la "spariamo" attraverso un campo magnetico, ecco che la particella viene deviata dalla linea retta. Se poniamo uno schermo dopo il magnete, le palline cariche rotanti si distribuiscono come in Fig. 1.
Il fatto di allontanarsi più o meno dalla posizione centrale dipende dal momento angolare e dal suo segno: se la rotazione avviene in un senso le palline vanno verso l'alto, se la rotazione si inverte vanno verso il basso. La linea è continua dato che il momento angolare può avere valori intermedi.
Se al posto delle palline, mettiamo degli elettroni, cosa succede? Esattamente la stessa cosa, il che implica che gli elettroni devono possedere un qualcosa che sia paragonabile alla rotazione. Chiamiamolo allora "spin", ben sapendo, però, che non può essere una vera rotazione, altrimenti daremmo un calcio alla relatività ristretta che implica che niente può superare la velocità della luce. Infatti, affinché una particella possa risentire del campo magnetico, la sua rotazione deve acquisire un certo valore. Ma, nel caso dell'elettrone e delle sue dimensioni, la rotazione sufficiente comporterebbe il superamento della velocità della luce. No, l'elettrone non può ruotare, ma si comporta proprio come se ruotasse.
In altre parole, lo "spin" di un elettrone (ma non solo per lui, ma anche per le altre "particelle" quantistiche) è una caratteristica intrinseca, proprio come la massa e la forma per gli oggetti macroscopici. Inoltre, l'elettrone non è una particella, ma una eccitazione di un campo e, quindi, parlare di forma non ha significato. La massa, invece, esiste, ma sotto forma di energia.
Teniamo, infine, presente che tutto è quantizzato nel mondo del microcosmo. Ne segue che tale deve essere anche lo "spin". Infatti, la distribuzione degli elettroni sullo schermo NON è un segmento continuo, ma è formata da due "mucchietti" ben separati (Fig. 2): uno è riservato agli spin positivi e l'altro agli spin negativi.
Essi possono assumere, però, soli valori uguali e contrari (in particolare 1/2 e - 1/2). Ci sarebbe ancora da dire molte altre cose a riguardo, partendo da Dirac e passando dal solito principio di Heisenberg. Per ora fermiamoci qui, ma penso che ormai ci si renda conto che le assurdità della meccanica quantistica assumono, alla fine (con tutte le carenze che ha ancora la fisica), una trama che si ripete sotto vari aspetti. La capiremo mai completamente?
E' doveroso ricordare che l'esperimento del magnete è stato eseguito nel 1922 da Stern e Gerlach
ENGLISH
A simple discussion of what quantum spin really means. Surely it has nothing to do with the classic angular momentum, but it has all the characteristics and properties.
Let's refer to the electron, the most active particle-non-particle in Nature together with the photon. Let me consider it as a real particle, at least to introduce the problem. Let's assume that it also has a spherical shape, assimilating it to a metal ball.
It has two intrinsic characteristics: mass and shape. They exist in whatever state it is. However, if it sets in uniform rectilinear motion, it acquires a fundamental characteristic: the momentum. If, on the other hand, it rotates in a uniform circular motion, it acquires angular momentum, i.e. the moment of momentum. Well, this angular momentum has nothing to do with the "spin" of the electron! We could find something more similar by rotating the particle around its axis. However, another insurmountable problem appears: the dimensions. Even if we assume the electron as a small sphere, its dimensions are so small that the rotation of the external parts should far exceed the speed of light. And why ever?
Consider, then, the story of the spin and the electron... Whether or not it is a real particle, it definitely has a charge. If we set the particle in motion, make it rotate quickly around its axis and "shoot" it through a magnetic field, the particle is deflected from the straight line. If we place a screen after the magnet, the rotating charged balls are distributed as in Fig. 1.
The fact of moving away more or less from the central position depends on the angular momentum and its sign: if the rotation occurs in one direction the balls go upwards, if the rotation is reversed they go downwards. The line is continuous since the angular momentum can have intermediate values.
If we put electrons instead of balls, what happens? Exactly the same, which implies that electrons must have something comparable to rotation. Let's call it "spin" then, knowing full well, however, that it can't be a real rotation, otherwise we would kick special relativity which implies that nothing can exceed the speed of light. In fact, for a particle to be affected by the magnetic field, its rotation must acquire a certain value. But, in the case of the electron and its size, sufficient rotation would result in exceeding the speed of light. No, the electron can't rotate, but it behaves just like it rotates.
In other words, the "spin" of an electron (but not only for it, but also for other quantum "particles") is an intrinsic characteristic, just like mass and shape for macroscopic objects. Furthermore, the electron is not a particle, but an excitation of a field and, therefore, speaking of shape has no meaning. Mass, on the other hand, exists, but in the form of energy.
Finally, let us keep in mind that everything is quantized in the world of the microcosm. It follows that such must also be the "spin". Indeed, the distribution of electrons on the screen is NOT a continuous segment, but is formed by two well separated "little piles" (Fig. 2): one is reserved for positive spins and the other for negative spins.
However, they can only assume equal and opposite values (in particular 1/2 and - 1/2). There would still be many other things to say about it, starting from Dirac and passing by the usual Heisenberg principle. Let's stop here for now, but I think by now we realize that the absurdities of quantum mechanics take on, in the end (with all the shortcomings that physics still has), a plot that repeats itself in various respects. Will we ever fully understand her?
It should be remembered that the magnet experiment was performed in 1922 by Stern and Gerlach
Da:
http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2022/09/20/che-cose-lo-spin-quantistico/
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