Würzburger Quantenphysik- Konzept

G06 Spin

Elektronenspin

  Drehimpuls 

Lehrtext/Inhalt

Glossar

Versuchsliste

Im- pres- sum

Spezialfall eines Drehimpulses, der nur relativistisch erklärt werden kann, der aber in der nichtrelativistischen Quantenphysik als zusätzliche Eigenschaft von Fermionen wie Elektronen oder Neutronen adhoc integriert wird. Im Unterschied zum "ganzzahligen" Bahn-Drehimpuls L (seine Komponente  in eine beliebig gewählte Vorzugsrichtung, z.B. die z-Richtung, hat ausschließlich ganzzahlige Vielfache von = h/2·π, also 0·, 1·, 2·, ...) ist der Spin-Drehimpuls S "halbzahlig", d.h. seine Komponente in eine beliebig gewählte Vorzugsrichtung, z.B. die z-Richtung, hat ausschließlich halbzahlige Werte, also ½·, 3/2·, ... und jeweils Werte mit umgekehrten Vorzeichen.

Der Spin eines Elektrons ist ½·, d.h. seine Komponente  in eine beliebig gewählte Vorzugsrichtung (z.B. z-Richtung) ist ½· oder  -½·. Der Spin hängt - wie jeder  Drehimpuls - mit der "Rotationsinvarianz" zusammen, also der Invarianz gegenüber räumlichen Drehungen. Eine rotationsinvariante Funktion ist z.B. sin(S·α). Gemäß S·α =  n·2·π mit S = 1/2 muss man nämlich jeweils doppelte Drehungen, also um den Winkel α =  n·2·π/S = n·4·π, durchführen, wobei n = 0, 1, 2, 3, ... , damit die relativistisch erweiterte, "gedrehte" Wellenfunktion (genau genommen, der "Spinor", der hier nicht erläutert werden soll) identisch mit der ursprünglichen ist ( = h/2·π ).

Der Spin eines Elektrons hängt auch mit dem magnetischen Moment des Elektrons zusammen. Er wird häufig im Zusammenhang mit einer angeblichen "Eigendrehung" des Elektrons gesehen. Aber was soll die Drehung eines punktförmigen Objektes sein?

Photonen haben "ganzzahligen" Spin 1· = . Seine Komponenten in eine beliebige z-Richtung können also , 0, - sein. Photonen sind deshalb Bosonen.

Der Spin eines Elektrons wird mit einer Stern-Gerlach-Apparatur gemessen*), der Spin eines Photons mit einem Polarisator.


*) Man weiß dann, wie der Spin nach der Messung ist, aber in der Regel nicht, wie er vorher war.