SFB/TRR 173 SPIN+X

Was ist Spin?

Spin ist eine gegebene Eigenschaft von Teilchen (Elektronen, Protonen, Neutronen usw.) so wie Masse oder Ladung. Der Spin ist bedeutend für die Struktur von Atomen und Molekülen und bildet die Basis von Magnetismus und von vielen chemischen Phänomenen. Es gibt zwei Vergleiche zur klassischen Physik, die Spin-Eigenschaften verdeutlichen:

1. Teilchen als winzige Kreisel

In der klassischen Physik kann jedem Objekt, das rotiert, ein sogenannter Drehimpuls zugeschrieben werden. Dieser ist abhängig von der Masse und der Form des Körpers und der Geschwindigkeit, mit der er sich dreht. Auch der Spin stellt einen Drehimpuls dar. In einer Modellvorstellung kann man kleine Teilchen wie Elektronen also als Kügelchen beschreiben, die sich um ihre eigene Achse drehen. Diese Vorstellung ist nützlich zur Erklärung des Verhaltens der Teilchen; sie entspricht aber nicht der messbaren Realität.

2. Teilchen als winzige Magnete

Mit dem Spin geht ein Magnetfeld einher. Man kann sich im Modell die Teilchen also vorstellen wie winzige Stabmagneten mit einem Nord- und einem Südpol. Auch wenn die Magnetfelder von Stabmagneten und Teilchen mit Spin die gleiche Form haben, gibt es einen wichtigen Unterschied in ihrem Verhalten: Stabmagneten können sich in beliebige Richtungen drehen, die Ausrichtung von quantenmechanischen magnetischen Momenten ist jedoch „gequantelt“: Der Spin von Elektronen beispielsweise kann in einem äußeren Magnetfeld nur genau zwei Ausrichtungen einnehmen, die mit „Spin up“ und „Spin down“ bezeichnet werden (zum experimentellen Nachweis siehe „Der Stern-Gerlach-Versuch").

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