Spin

Spin Momento angolare “intrinseco” di un corpo. In fisica classica si parla di spin per caratterizzare il moto di rotazione di un corpo intorno al proprio centro di massa; in fisica quantistica, invece, lo spin è una proprietà intrinseca di ogni particella subatomica, indipendente dal suo stato di moto. In questo contesto, in particolare, lo spin si differenzia dall’altro tipo di momento angolare posseduto dalle particelle, ossia dal momento angolare orbitale, che è legato al moto della particella e si manifesta solo se questa è in movimento. Così, un elettrone all’interno di un atomo è dotato di un momento magnetico orbitale, associato al moto di rivoluzione dell’elettrone intorno al nucleo, e di un momento angolare di spin. Il momento angolare totale è dato allora dalla somma, calcolata secondo le regole della meccanica quantistica, dei due momenti angolari.

L’esistenza dello spin fu proposta nel 1925 dai fisici statunitensi di origine olandese Samuel Abraham Goudsmit e George Eugene Uhlenbeck. Analizzando gli spettri atomici di alcune sostanze, essi notarono la presenza di righe particolari che non trovavano spiegazione nell’ambito della teoria quantistica del tempo; introducendo un nuovo numero quantico, appunto lo spin dell’elettrone, Goudsmit e Uhlenbeck furono in grado di fornire una completa spiegazione della struttura degli spettri atomici. Presto il concetto di spin venne esteso a tutte le particelle subatomiche, tra cui i protoni, i neutroni e le relative antiparticelle. Lo spin di entità più complesse, costituite da gruppi di particelle, come ad esempio un nucleo atomico, è uguale alla somma degli spin delle singole particelle che le compongono.

La teoria quantistica prescrive che il momento angolare di spin possa assumere solo valori discreti, multipli interi o semi-interi dell’unità fondamentale del momento angolare, h/2p, dove hè la costante di Planck. Nell’uso comune, dire che una particella ha spin 1/2 significa che il suo momento angolare di spin è 1/2 h/2p. I fermioni, che costituiscono la classe di particelle che comprende i protoni, i neutroni e gli elettroni, hanno spin semi-intero (1/2, 3/2,...); i bosoni, tra cui i fotoni, le particelle alfa e i mesoni, sono tutti caratterizzati da spin intero (0, 1, ...). La differenza nel valore dello spin si riflette in un diverso comportamento fisico. I fermioni seguono il principio di esclusione di Pauli e obbediscono alla cosiddetta statistica di Fermi-Dirac; i bosoni non presentano limitazioni analoghe al principio di esclusione e vengono studiati con la statistica di Bose-Einstein. Vedi anche Meccanica statistica.