Спин электрона

Электрон обладает собственным неуничтожимым механическим моментом импульса, не связанным с движением электрона в пространстве, — спином.

Спин был обнаружен в экспериментах Штерна и Герлаха при прохождении узкого пучка атомов водорода, находящихся в s -состоянии через сильное неоднородное магнитное поле. В этом состоянии l = 0, момент импульса и магнитное поле не должно было влиять на движение атомов. Однако пучок атомов расщеплялся на два пучка, следовательно, было обнаружено пространственное квантование механического момента, не связанного с орбитальным движением электрона. Часто спин электрона наглядно представляют, как момент импульса, связанный с вращением электрона — твердого шарика — вокруг своей оси, но такая модель приводит к абсурдному результату — линейная скорость на поверхности электрона в 200 раз превышает скорость света.

Поэтому следует рассматривать спин электрона (и всех других микрочастиц) как внутреннее неотъемлемое квантовое свойство микрочастицы: подобно тому как частицы имеют массу, а заряженные частицы — заряд, они имеют еще и спин.

Спин как механический момент, квантуется по закону:

где s — спиновое квантовое число. Проекция спина квантуется так, что вектор может принимать ориентаций. Так как опыты Штерна и Герлаха обнаружили только две ориентации спина, то 2 s +1= 2, откуда

Проекция, где — магнитное спиновое квантовое число, которое может иметь только два значения:

Таким образом, состояние электрона в атоме определяется набором четырех квантовых чисел:

главного n (n =1, 2, 3,K)

орбитального l (l = 0,1, 2,K, n −1)

магнитного m (m = − l,K, −1, 0, +1,K, + l)

магнитного спинового

Принципом Паули. Он гласит: в любой квантово-механической системе (в том числе в атоме) не может быть двух электронов, находящихся в одинаковых стационарных состояниях, определяемых одинаковым набором четырех квантовых чисел: главного n, орбитального l, магнитного m и спинового m_s.