¿Cuál es la evidencia experimental de que el cuarto número cuántico de un electrón es spin?

Spin fue “descubierto” por experimento (Stern-Gerlach, Uhlenbeck-Goudsmit) antes de su descripción teórica (Pauli, Dirac).

¿Por qué la palabra “girar”?
En resumen, porque funcionó en ese momento. Hay algunos experimentos para elegir, pero el clásico es el experimento de Stern-Gerlach [1]: se pasa un haz de átomos a través de un campo magnético no homogéneo que siempre separa el haz en dos haces discretos. Esto podría explicarse imaginando que una partícula cargada gira. La razón era que si, por ejemplo, un electrón, fuera una esfera de carga giratoria, entonces una “regla de la mano derecha” del electromagnetismo clásico podría asignar un momento angular para el electrón. En 1925, la idea tenía sentido para muchas personas porque parecía explicar los experimentos de la época (división de líneas espectrales).

Hoy en día, lo mejor es pensar que “Spin” es un efecto mecánico cuántico puramente relativista que es una característica fundamental de las partículas, y está desprovisto de sus connotaciones “giratorias” anteriores [2].

[1] El experimento Stern-Gerlach junto con el contexto histórico es mucho más rico e interesante de lo que describí aquí y valdría la pena leerlo como artículos en Google o numerosos y accesibles.

[2] Nota técnica: Si bien lo siguiente probablemente esté más allá del alcance previsto de la pregunta, sería negligente no mencionar que si bien una partícula, digamos un electrón, no puede considerarse como un trompo, el giro de la partícula es El momento angular asociado con el campo de onda de electrones. Al principio era reacio a incluir esto, pero para completar, decidí agregarlo aquí. Para aquellos que no están familiarizados con los procesos, elegí algunas referencias:
Página en quimica.ufpr.br
Página en aip.org

Históricamente, pensaron que tenía que ver con el momento angular intrínseco, que está relacionado con el magnetismo. Luego preguntaron “¿cómo puede un electrón producir este momento angular?” “Probablemente, gira”. Luego descubrieron que los electrones tienen que ser partículas puntuales, y el término “spin” se mantuvo en el concepto hasta el día de hoy.
http://en.m.wikipedia.org/wiki/S

Es solo un número, ¿de acuerdo?

Se tomaron algunas medidas finas y ¡he aquí! – se podría hacer una distinción entre electrones que de otro modo no se pueden distinguir (energía similar, masa idéntica, carga idéntica) que pasan a través de campos magnéticos interesantes. Y no, no es solo un caso de “inventemos un nuevo parámetro”. Es un caso de plegar estas observaciones en un marco matemático espectacularmente exitoso y predictivo (ya sea mecánica matricial o mecánica de ondas) y, ¡he aquí! en otros fermiones y hadrones, al final, ensamblando el marco para el Modelo Estándar.

‘Spin’ se puede expresar en una forma y unidades que hacen un análogo cuantificado conveniente al momento angular macroscópico, pero no requiere que haya pequeñas ‘cositas’ cargadas o no cargadas allí que solo pueden girar ‘arriba’ o ‘abajo ‘. El término ‘giro’ es solo un parámetro que ayuda a describir algunos tipos de sistemas. Igualmente podría llamarse ‘tamaño de arranque’ o ‘número favorito’.

La respuesta de Baran es buena, en cuanto a la pregunta, ¿por qué esta propiedad se llama “spin”? Fue histórico, porque hubo explicaciones relacionadas con el giro real de partículas. Ya sea que haya o no “giro” (es decir, rotación de un objeto), lo dejaré a los físicos cuánticos.

El experimento Stern-Gerlach fue uno de los primeros en sugerir la necesidad de girar. Hubo variaciones que también fueron importantes (el efecto anómalo de Zeeman también fue importante), su historia está bien cubierta por el libro del Premio Nobel Tomonaga titulado “La historia de la vuelta”