¿De dónde viene el giro de partículas?

Para las partículas clásicas (compuestas / macro) como núcleo, átomo, Tierra, etc., el giro se debe a las partículas constituyentes que giran alrededor del centroide o eje común: cuantificación del momento angular del objeto. Pero, para partículas elementales como electrones, quarks, etc., es la propiedad intrínseca de la partícula. Por ejemplo, el electrón, solo por ser un electrón, tiene un giro. Similar a la carga (negativa, según nuestra convención) que tiene, solo por ser un electrón. Es engañoso considerar este giro de partículas como momento angular. ¡Pero a los físicos les encantan las analogías! Para explicar el hecho de que el electrón se desvía de su trayectoria recta en presencia de un campo magnético, se propuso que el electrón debe estar girando, ya que el objeto cargado que gira es como un dipolo magnético. Esto explicaba la desviación. Pero, el electrón (y otras partículas fundamentales) son, bueno, ¡fundamentales! No hay nada para ‘girar’. Pero, el nombre pegado y ‘spin’ se define como propiedad intrínseca del electrón y, de manera similar, de todas las demás partículas fundamentales. Además, a diferencia del momento angular de los macroobjetos que son continuos, el giro de las partículas se ‘cuantiza’. Este hecho fue probado por el experimento Stern-Gerlach.

Actualmente, consideramos el electrón como una partícula ‘fundamental’. Pero quién sabe, hace unas décadas, el protón y el neutrón eran partículas fundamentales; ahora sabemos que pueden descomponerse en quarks. Antes de ese núcleo y más allá en el pasado, los átomos se consideraban “fundamentales”. El giro de una partícula compuesta es la suma algebraica de los giros de sus partículas constituyentes. Si descubrimos que los electrones, los quarks, etc., todavía pueden descomponerse, podemos descubrir que sus propiedades se deben a algunas propiedades de esas partículas más pequeñas.

Esa es una gran pregunta.

El giro y el momento angular son cantidades conservadas. Existe una hermosa correspondencia entre las cantidades conservadas y la simetría conocida como el teorema de Noether. El espacio-tiempo de Minkowski en relatividad especial tiene una simetría local generada por el grupo de Poincaré. Este grupo genera dos tipos de transformaciones: traslaciones, que se manifiestan como conservación del momento 4, y rotaciones, que se manifiestan como conservación del momento angular y giro.

¿Por qué girar?
Por lo general, tomamos la simetría como primaria, y todo lo demás como secundario. Por lo tanto, deseamos conocer todas las representaciones posibles del grupo Poincaré. Una cierta clase de estas, las representaciones irreducibles, tienen valores propios que pueden etiquetarse con dos números que luego pueden interpretarse como masa y giro. Una buena introducción se puede encontrar aquí aquí.

Básicamente, todo se reduce a esto: la simetría del espacio-tiempo permite la existencia de spin. En la relatividad general, las cosas se vuelven aún más interesantes porque hay muchas más simetrías espacio-temporales con las que lidiar. ¡Disfruta de toda la lectura y sigue haciendo buenas preguntas!

Primero, dudo que alguien realmente “sepa”. En consecuencia, solo puedes tener una teoría. Aquí está mi interpretación.

El giro refleja el momento angular inherente, y para hacerlo, la partícula debe tener magnitud, es decir, “tamaño”. Considere un punto en su “superficie” (no tiene una superficie en el sentido usual, pero tengo que poner un punto en algún lugar que no esté en el centro, y como un punto no tiene dimensiones, la descripción servirá). El Principio de Incertidumbre establece que ese punto no puede tener una posición fija, porque si lo tuviera, la partícula tendría un momento angular cero y el punto (y cualquier otro punto) una posición precisa. Por lo tanto, debe haber un momento angular, es decir, giro.

Además, la acción asociada con ese movimiento angular debe cuantificarse. Si se cuantifica, debe haber una función de onda para describirlo. Considere tal función para una rotación. No hay nodos físicos en él, pero una ola debe tener una cresta y un valle. En consecuencia, si el punto comienza en un nodo, se necesita una rotación completa para llegar al siguiente nodo. Se necesitan dos nodos para completar un período de onda (y, por lo tanto, generar la cantidad de acción requerida), por lo tanto, dos ciclos para completar un período, por lo tanto, el “número cuántico de giro” formal por ciclo es 1/2. El fotón tiene un giro de uno porque puede considerarse como dos ondas, una eléctrica, una magnética.

¿Es eso correcto? ¡Se el juez! ¡Bienvenido a la ciencia!

El giro de partículas proviene de la ecuación de Dirac que combina la relatividad y la mecánica cuántica.

El momento angular total siempre se conserva. Esto significa que Hamiltoniano conmuta con éxito el momento angular total.

Tan pronto como surge el momento angular orbital, el giro entra automáticamente y conserva el momento angular (total).

Spin es un efecto relativista.

‘spin’ es un número cuántico que junto con otros tres números cuánticos
El número de órbita (n), la forma de la órbita (l) y la inclinación de la órbita (m) explicaron la estructura fina de las líneas espectrales atómicas.
Puso el modelo de Bohr-Sommerfeld del átomo más de acuerdo con los datos experimentales.

En sí mismo, el nombre no es útil, ya que conceptualiza una imagen del giro ‘clásico’ como, por ejemplo, un trompo.
Los electrones no giran, pero describe un estado en el que puede estar un electrón. El electrón puede estar en cualquiera de los dos estados de ‘giro’. Esta ‘regla’ está hecha pero encaja con la observación experimental de los espectros atómicos.

No, no, Brian Bi, el espín de partículas no puede provenir del momento angular porque, solo un ejemplo, el espín magnético de un electrón no puede explicarse por un poco de giro.

No conozco los detalles matemáticos, pero muchachos como Pauli se quejaron de que el electrón tenía que girar más rápido que la velocidad de la luz para producir el magnetismo observado …

Mucha gente dice que el electrón necesitaría girar unas cien veces la velocidad de la luz (digamos que es la velocidad del ecuador) para llegar al magnetismo observado.

Todo es basura, los electrones son de hecho monopolos magnéticos y muy probablemente todas las demás partículas de la media espín también son monopolos magnéticos.

En el modelo estándar, no viene de ninguna parte. Es una propiedad definida atribuida a la partícula. El nombre es histórico y no tiene nada que ver con la imagen de un trompo. Cuando se encontró el giro, parecía un quanta de energía que tenía valores derivables de la mecánica clásica.
En la teoría de cuerdas, se explica como un patrón vibratorio específico.

Déjame hacerte una pregunta similar: ¿de dónde viene la carga de partículas?

La respuesta es la misma. En ninguna parte. Es una propiedad intrínseca.

El análogo entre el giro de las partículas y el momento angular de una parte superior es completamente absurdo. Engaña a muchos muchachos cuando aprenden el concepto de spin.

Editar: el interlocutor cambió completamente la redacción de la pregunta, haciendo que mi respuesta sea irrelevante

Un objeto en movimiento permanece en movimiento hasta que una fuerza desequilibrada actúa sobre él.

Un objeto giratorio continuará girando hasta que una fuerza desequilibrada actúe sobre él. Los objetos no tienden a volver a descansar. Por lo tanto, no se requiere energía para mantener el giro.

los electrones realmente no giran, hasta donde sabemos. se llama spin pero es solo un nombre para una propiedad de mecánica cuántica. podríamos haberlo llamado de otra manera

Los conceptos ‘partícula’ y ‘giro’ son solo formas de expresar en palabras algunas matemáticas complicadas. No debemos pensar en ellos literalmente.
Pienso en ello de la misma manera que cuando usamos un mapa para ir de excursión. Utilizamos símbolos convencionales como líneas de contorno para orientarnos, pero en realidad no los vemos dibujados a los lados de las montañas.