Spinn

Snurrande elektroner

Den kvantmekaniska egenskapen spinn, spin, brukar framställas som att elektronerna snurrar (eller vilken partikel man nu exemplifierar med, men elektroner är klart vanligast). Det är fel - exakt vad "spinnandet" innebär vet vi faktiskt inte, men eftersom exempelvis elektroner saknar utsträckning så kan det åtminstone inte vara frågan om faktiskt snurrande.

Beteckningen myntades av upptäckarna eftersom de till att börja med misstänkte att det var just snurrande som de hade upptäckt. Senare förstod man att så inte var fallet. Namnet har dock hängt med, inte bara av hävd utan även för att det är en god liknelse: i vissa avseenden har spinn samma effekt som om partiklarna verkligen snurrade, spinn kan adderas och subtraheras (ett nerspinn + ett uppspinn = nollspinn), med mera.

Now it is being told that Uhlenbeck got frightened, went to Ehrenfest and said: "Don't send it off, because it probably is wrong; it is impossible, one cannot have an electron that rotates at such high speed and has the right moment". And Ehrenfest replied: "It is too late, I have sent it off already". But I do not remember the event, I never had the idea that it was wrong because I did not know enough. The one thing I remember is that Ehrenfest said to me: "Well, that is a nice idea, though it may be wrong. But you don't yet have a reputation, so you have nothing to lose". That is the only thing I remember.

Samuel A. Goudsmit

Goudsmit skriver om när han och George Uhlenbeck 1925 publicerade den första artikeln om fenomenet, uppmuntrade av deras lärare Paul Ehrenfest. (Upptäckten renderade dem inget Nobelpris, däremot flera andra fina utmärkelser. Wolfgang Pauli, som utvecklade och konkretiserade teorin, fick fysikpriset 1945 sedan han förklarat att vissa partiklars spinn är det som gör att de tar plats - mycket förenklat.)

Jag skall här inte bekymra mig om vad spin är (för det vet jag inte); allt vi behöver veta är, att en elektron på grund av sitt spinn kan förekomma i två varianter: elektron med spinn upp och elektron med spinn ned [...]
Vi kunde lika gärna beskriva förhållandet så, att elektronerna har kön och förekommer som hanar och honor, eller att magneten uppdelar dem i getter och får (vilket senare förslag dock torde utsätta oss fysiker för risken att vid bjudningar attackeras av moderna teologer, vilka bestämt skulle hävda att fysiken nu bevisat Guds existens och att Han är den yttersta magneten.)

Hans-Uno Bengtsson

Hans-Unos magnet är den som får elektroner med uppspinn att böja av åt ena hållet, elektroner med nedspinn åt andra. Getterna och fåren är de i Matteus 25:32-33.

Att det inte är frågan om vanlig rotation bekräftas även av de fundamentala skillnaderna mellan partiklar med heltaligt spinn (som 1 eller 2 upp- eller nerspinn) respektive halvtaligt spinn (som ½ eller 1 ½ upp- eller nerspinn). Partiklar med heltaligt spinn kallas bosoner och kan överföra kraft (t.ex. fotoner och gluoner). Partiklar med halvtaligt spinn kallas fermioner och utgör all materia (t.ex. protoner, neutroner och elektroner, liksom även de nästan mass-lösa neutrinerna). Se även Wikipedia-artikeln om Paulis uteslutningsprincip.

Det finns annat i kvantmekanikens underbara men svårgripbara värld som liknas vid välkända företeelser. Som den s.k. färgladdningen: kvarkar med sådan kan vara röda, gröna eller blå. Liksom de tre färgerna tillsammans bildar vitt ljus, krävs de tre laddningarna för att ta ut varandra, och bilda en större partikel med neutral färgladdning. Det är lättförståeligt och pedagogiskt, men själva färgerna har naturligtvis inte ett dugg med den faktiska verkligheten att göra.

Relaterat: Atomen

Referenser:
Hans-Uno Bengtsson, Nalle Puh och atomens existens (Prisma 1993), sid 68-69
Wikipedia (eng.): Spin (physics); Fermion; Boson; Pauli exclusion principle
Samuel A. Goudsmit: The discovery of the electron spin