Cómo entender el ‘giro’ de una partícula

Si crees en la teoría cuántica de campos, como yo, esta es una pregunta muy difícil. Desde el punto de vista de las partículas, el giro es fácil de imaginar; Es como la tierra girando sobre su eje. En QFT no es tan fácil, y creo que debería dejarse en manos de los físicos de QFT. Si quieres darle una oportunidad, así es como lo describo en mi libro. También puede echar un vistazo a mi Capítulo 10. El triunfo de QFT – Teoría del campo cuántico.

Spin Finalmente, debo mencionar un atributo importante de los campos cuánticos llamado spin o helicidad . Girar es el término más común, pero da la falsa impresión de un objeto girando. En QFT spin o helicidad es una medida de la complejidad interna del campo, es decir, el número de componentes internos. Los posibles valores de giro de los campos cuánticos son 0, 1/2, 1 o 2 (en unidades de la constante de Planck dividido por 2π). El campo EM es bastante complejo con dos campos componentes (eléctrico y magnético), cada uno de los cuales es direccional, y su giro es 1. Se sorprenderá al saber que el campo gravitacional es el más complejo de todos los campos, con un giro de 2. Después de todo, preguntas, qué podría ser más simple que una sola fuerza de atracción, pero cuando Einstein presentó sus ecuaciones de campo, la complejidad interna se expandió enormemente. No mencioné esto en el Capítulo 2 porque pensé que tenía suficiente de qué preocuparse, y de todos modos la razón está más allá del alcance de este libro. Le pido que acepte que el campo gravitacional es más complejo que el campo EM y tiene un giro o helicidad de 2 sin preguntar por qué, o incluso entender lo que eso realmente significa. Otra cosa que debo pedirte que aceptes con fe es que esta definición abstracta de espín, relacionada con la complejidad del campo, hace que un cuántico muestre un momento angular tal como lo haría una partícula giratoria.

Y en el Capítulo 10 final escribí:

Giro (o helicidad) . En QFT no hay partículas, por lo que no hay nada que girar sobre su eje y el concepto de giro no es fácil de imaginar. Debido a esto, el término helicidad a veces se usa en lugar de giro. La helicidad es un concepto matemático relacionado con el número de componentes de campo y cómo cambian cuando se ven desde diferentes ángulos. La helicidad da lugar al momento angular, al igual que una partícula giratoria.

Todas las respuestas aquí son buenas, pero pensé en algo más para agregar: ¿Cómo entiendes la carga de una partícula? Por cierto, la partícula se relaciona con otras partículas, ¿verdad? (como las cargas repelen, los opuestos se atraen). Y sabe que la carga tiene algo que ver con el electromagnetismo: cuando tiene una partícula cargada, hay un campo eléctrico, y una partícula cargada se ve afectada si pasa a través de un campo eléctrico. El giro también es así: afecta la relación de una partícula con los demás y está relacionado con un campo. Dos partículas con el mismo giro no pueden estar en el mismo estado. Esto se llama el principio de Pauli. Y spin interactúa con un campo magnético. De eso proviene el efecto Stern Gerlach en una de las respuestas: las partículas atraviesan un campo magnético y la dirección en la que vuelan se debe a su giro.

El origen del giro no se conoce. Sin embargo, al igual que la carga eléctrica y la carga de color, el giro puede estar relacionado con la simetría espacial (parámetro). Suponga que todas las partículas elementales viven en una plataforma privada y esta plataforma posee un espacio de parámetros privado que se define mediante una versión del sistema de números cuaterniónicos. La versión está determinada por un sistema de coordenadas cartesianas seleccionado y un sistema de coordenadas polares. Las plataformas flotan en un espacio de parámetros de fondo que aplica una versión especialmente seleccionada del sistema de números cuaterniónicos. Ahora la simetría se define en relación con este espacio de parámetros de fondo. Esto lleva exactamente a la breve lista de cargas eléctricas y cargas de color del modelo estándar. Spin se relaciona con el hecho de si el acimut o el ángulo polar es el jugador principal en el sistema de coordenadas polares. Estos ángulos pueden subir o bajar sobre pi o 2pi radianes.

Proyecto de modelo de libro de Hilbert / Modelo de libro de Hilbert

Tendrá que crear su propio esquema de comprensión, ya que no existe uno ampliamente aceptado. Aquí están algunos de mis pensamientos al respecto:

A veces trato de pensar en el giro como “momento angular potencial”. Es un momento angular, pero en realidad nada viaja en el espacio. No sigue las mismas reglas que el momento angular orbital: la matemática es casi idéntica, pero el giro viene en unidades de medio entero, lo que no tiene sentido en términos de rotación, como si “necesita girar dos veces para volver a donde comenzó “o está girando en un espacio donde un círculo contiene 720º o algo así.

Ciertamente, el espín puede convertirse en un momento angular “real”, como cuando un material ferromagnético colgante recibe un campo magnético activado a su alrededor; Todos los giros giran para alinearse con el campo, y el imán comienza a girar físicamente en la dirección opuesta.

A veces me pregunto si el giro de medio entero es una de las “piezas del rompecabezas” para una nueva comprensión del espacio, ¿tal vez los matemáticos puedan encontrar un espacio en el que los círculos pequeños tengan 720º pero los grandes tengan 360º?

¡Buena suerte!

Piense en girar un poco como si una partícula, una que puede detenerse y descansar, sea solo una pequeña bola que gira alrededor de un eje, como la Tierra, o cualquier pequeña bola.

Esta imagen es incorrecta en muchos sentidos. Las partículas no son bolitas, de hecho algunas no tienen tamaño. Pero aún pueden tener spin. Este giro resulta tener un valor mínimo posible, que puede ser pero no necesariamente cero, lo cual es una gran sorpresa, pero así es como es.

Resulta que el spin está cuantizado: es un entero medio impar o un múltiplo entero de [math] \ hbar, [/ math], que es una constante física llamada constante de Planck reducida.

Entonces las partículas con espín siempre tienen un mínimo espín posible.

Voy a practicar simplificar las cosas aquí.

Cuando sostienes una manzana en tu mano y la dejas ir, se cae, ¿verdad? ¿Por qué? Es porque la manzana tiene masa, ¿verdad? ¿Puedes decir de dónde viene la masa?

Obviamente no puedes, es lo que llamamos una propiedad intrínseca de un asunto, simplemente existe. Y la existencia de esta masa puede hacer que la materia reaccione de diferentes maneras que son comprobables.

Toma una manzana y tírala a tu amigo, no duele. Toma una sandía y tírala a tu amigo, duele mucho, ¿verdad? Este nivel de daño se debe a su masa, ¿verdad? Y ahí lo tienes, puedes sentir masa aunque no sabes de dónde viene, cada objeto lo tenía, simplemente existe.

Esto es lo mismo con el giro, cada materia tiene giro, es una propiedad intrínseca de la materia al igual que la masa. Lo que dificulta su comprensión es que el giro no se muestra en el objeto diario, solo se puede detectar en el nivel cuántico (muy, muy pequeña escala).

Entonces, ¿cuál es el efecto del giro y cómo medirlo como masa? El físico hace esto con una máquina llamada máquina Stern-Gerlach. Básicamente en esta máquina, las partículas que tienen diferentes giros vuelan en diferentes direcciones.

La masa es importante para conocer su peso corporal y calcular la órbita de los planetas, el giro es importante para calcular algunas leyes físicas en la mecánica cuántica.

No fui muy detallado ya que no quiero intimidarte. Espero que mi respuesta te motive a aprender más, mi respuesta tiene algunos supuestos no del todo correctos, pero es más fácil para mí explicarlo de esta manera.

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