Como mencionas el giro, supondré que te refieres al momento dipolar magnético . En la mayoría de los contextos, si solo dice “momento dipolar”, la gente asumirá que se refiere al momento dipolar eléctrico .
Además, debido a que tiene la mecánica cuántica como tema, supondré que se refiere al giro intrínseco de la mecánica cuántica de una partícula. Spin también tiene un significado clásico directo: el momento angular asociado con la rotación espacial de un cuerpo extendido.
El objetivo final de una teoría física es poder predecir el estado futuro de un sistema, como se describe por sus grados de libertad . En la escala macroscópica, tenemos una buena intuición de cuáles deberían ser los grados de libertad de los sistemas. Por ejemplo, un cuerpo rígido como una pelota de baloncesto puede ir hacia adelante o hacia atrás, hacia los lados y hacia arriba o hacia abajo. Esos son tres grados de libertad, que normalmente denominamos [matemática] x [/ matemática], [matemática] y [/ matemática] y [matemática] z [/ matemática]. Pero, también puede girar sobre esos tres ejes. Esos son tres grados adicionales de libertad, generalmente descritos con los ángulos de Euler, [matemática] \ alpha [/ matemática], [matemática] \ beta [/ matemática] y [matemática] \ gamma [/ matemática].
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Esos grados de libertad son relativamente fáciles de identificar para nosotros, porque tenemos experiencia manipulándolos. Nuestros cerebros han evolucionado de esa manera, porque manipular objetos en las tres dimensiones espaciales es esencial para nuestra supervivencia.
Incluso los dipolos magnéticos clásicos son relativamente fáciles de entender en ese contexto. Un dipolo magnético es un objeto cargado eléctricamente que gira o gira sobre algún eje fijo. Puedes hacer uno en casa. Simplemente enrolle un cable de una sola hebra en uno o más bucles como se muestra en los bucles rojos a continuación:
Conecte esa bobina a una fuente de alimentación y enciéndala. La fuente de alimentación empuja electrones alrededor del circuito (como parte de la corriente [matemática] I [/ matemática]), creando un campo magnético dipolo ([matemática] \ mathbf {B} [/ matemática]) como se muestra en las líneas de campo negras en la imagen de arriba. El bucle en sí es un dipolo magnético, porque genera esta configuración particular de campo magnético, que es lo que define un dipolo magnético.
Un dipolo magnético se cuantifica por su momento dipolar magnético [math] \ mathbf {\ mu} [/ math] (etiquetado [math] \ mathbf {m} [/ math] en la imagen de arriba). Para una partícula con carga [matemática] q [/ matemática] y masa [matemática] m [/ matemática] que se mueve en un círculo, el momento dipolar magnético está relacionado con su momento angular [matemático] L [/ matemático],
[matemáticas] \ mu = \ frac {qL} {m} [/ matemáticas]
Para el movimiento circular, el momento angular [matemática] L = mrv [/ matemática] es la masa ([matemática] m [/ matemática]) multiplicada por la distancia ([matemática] r [/ matemática]) desde el centro de los tiempos del círculo la velocidad ([matemática] v [/ matemática]) alrededor del círculo. Entonces, esto nos dice que el momento dipolar magnético depende de dos grados intuitivos de libertad: la distancia desde el centro y la distancia angular alrededor del círculo.
Sin embargo, si la distancia ([matemáticas] r [/ matemáticas]) es fija, entonces solo hay un grado de libertad: el movimiento angular. Resulta que el momento angular es una cantidad conservada (y, por lo tanto, una cantidad importante), por lo que podríamos considerarlo un grado de libertad por derecho propio.
El giro intrínseco de la mecánica cuántica es la extensión completa de esta noción. Cada partícula tiene un momento angular intrínseco [matemático] s [/ matemático], llamado espín, que es simplemente otro grado de libertad. Para la mayoría de los propósitos, se comporta de manera análoga a las formas más familiares de momento angular. Contribuye a la conservación del momento angular total, y genera un campo dipolo magnético, de acuerdo con
[math] \ mathbf {\ mu} = \ frac {q \ hbar} {m} \ mathbf {s} [/ math]
donde [math] \ hbar [/ math] es la constante de Planck. Sin embargo, a diferencia del momento angular clásico, el giro no es causado por un giro real de la partícula *. Hasta donde sabemos, las partículas fundamentales son partículas puntuales, por lo que no hay nada que rotar. Además, el giro total de una partícula fundamental no se puede cambiar; Es una propiedad intrínseca. La proyección del vector de rotación en algún eje puede cambiar, pero solo por múltiplos enteros de la constante de Planck.
* Sin embargo, las rotaciones de un sistema con spin (s) afectan las mediciones de spin resultantes.
