სპინი (ინგლ. spin — „ბრუნვა“, „ბზრიალი“) —ელემენტარული ნაწილაკების მოძრაობის რაოდენობის საკუთარი მომენტი, რომელსაც კვანტური ბუნება აქვს და არ არის დაკავშირებული ნაწილაკის, როგორც მთლიანის, გადაადგილებასთან („სპინის“ ცნების შემოტანისას დაშვებული იყო, რომ ელექტრონი შეიძლება განვიხილოთ, როგორც „მბრუნავი ბზრიალა“, ხოლო მისი სპინი — როგორც ასეთი ბრუნვის მახასიათებელი; აქედანაა სახელწოდება „სპინი“).
სპინის ვექტორის კვადრატი
, სადაც
არისპლანკის მუდმივა,
— თითოეული ელემენტარული ნაწილაკის მახასიათებელი, ე. წ. სპინური კვანტური რიცხვი (ჩეულებრივად მას უბრალოდ სპინს უწოდებენ).
სპინს უწოდებენ აგრეთვე ატომის ბირთვის (ზოგჯერ თვით ატომის) მოძრაობის რაოდენობის საკუთარ მომენტს. ასეთ შემთხვევაში სპინს განსაზღვრავენ, როგორც სისტემის შემქმნელი ელემენტარული ნაწილაკების სპინებისა და ამ ნაწილაკების იმ ორბიტული მომენტების ვექტორულ ჯამს, რომლებსაც განაპირობებს სისტემის შიგნით მათი მოძრაობა. ეს ჯამი გამოითვლება კვანტურ მექანიკაში მომენტენბის შეკრების წესის მიხედვით. ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ მთელი ან ნახევარმთელი სპინი, მაგალითად,ელექტონის,ნეიტრინოს ისე მათი ანტინაწილაკების სპინი უდრის1/2,
- და K-მეზონებისა — 0, ფოტონებისა — (+1), თუმცა ფოტონის (ისე, როგორც ნეიტრინოს), მოძრაობის რაოდენობის საკუთარი მომენტის გაზომვა შეუძლებელია, რადგან არ არის ათვლის სისტემა, რომელშიც ფოტონი უძრავია, მხოლოდ კვანტურ ელექტროდინამიკაში მტკიცდება, რომ ფოტონის სრული მომენტი ნებისმიერ ათვლის სისტემაში არ შეიძლება 1-ზე ნაკლები იყოს. ეს საფუძველს გვაძლევს ფოტონს მივაწეროთ 1-ის ტოლი სპინი. ის გარემოება, რომ ნეიტრონის სპინი 1/2-ია, გამომდინარეობს ბეტა-დაშლის პროცესში მოძრაობის რაოდენობის მომენტის მუდმივობის კანონიდან.
სპინის პროექციას სივრცეში ნებისმიერ ფიქსირებულ
მიმართულებაზე
შეუძლებელია მიიღოს ( ერთეულებით) მნიშველობები s, s-1, ... — s. მაშასადამე, ნაწილაკს შეუძლია იმყოფებოდეს
სპინურ მდგომარეობაში (როცა
ორ მდგომარეობაში), რაც დამატებითი შინაგანი თავისუფლების ხარისხის ეკვივალენტურია.
სპინის კოცეფცია ფიზიკაში 1925 წელს შემოიტანეს ჯ. ულენბეკმა და ს. გაუდსმითმა, რომლებმაც ივარაუდეს ელექტრონისათვის საკუთარი მექანიკური და მათთან დაკავშირებული მაგნიტური მომენტების არსებობა. ამ სიდიდეების ფარდობა ელექტრონისათვის ანომალიური აღმოჩნდა (მაგნიტურ-მექანიკური ფარდობა).
ელექტრონის სპინის გათვალისწინებით ვ. პაულიმ ჩამოაყალიბა, ე. წ.პაულის პრინციპი. ელექტრონის სპინის არსებობა ხსნის ნაზ სტრუქტურას, მრავალელექტრონიან ატომებში ელექტრონული გარსების შევსების თანმიმდევრობასა და სხვა.
ნებისმიერ ნაწილაკს შეიძლება ორი სახისიმპულსის მომენტი გააჩნდეს: 1)ორბიტალური მომენტი; 2) საკუთარი მომენტი, ანუ სპინი. ორბიტალური მომენტი ნაწილაკის ბრუნვის ღერძის გარშემო მექანიკური მოძრაობით არის განპირობებული. მისგან განსხვავებით, სპინი სივრცეში მოძრაობასთან არ არის დაკავშირებული. იგი ნაწილაკის შინაგანი კვანტური მახასიათებელია, რომელსაც კლასიკურ ფიზიკაში არ აქვს ანალოგი. სპინი კვანტურ მექანიკაში სპინის ოპერატორით აღიწერება; მისი მდგენელები იმავე ალგებრას აკმაყოფილებენ, რაც ორბიტალური მომენტის კომპონენტები. სპინი
პლანკის მუდმივას ერთეულებში იზომება და რიცხობრივად უდრის
- ს, სადაც j ნაწილაკების თითოეული სახეობისთვის დამახასიათებელი მთელი ან 1/2 – ის მთელი ჯერადი დადებითი ან ნულის ტოლი რიცხვია. ატომბირთვის ან ატომის საკუთარ იმპულსის მომენტსაც სპინს უწოდებენ; ამ შემთხვევაში იგი განისაზღვრება როგორც სისტემაში შემავალი ელემენტარული ნაწილაკების სპინებისა და ამავე ნაწილაკების ორბიტალური მომენტების ვექტორული ჯამი, რომლის გამოთვლა კვანტურ მექანიკაში არსებული მომენტების შეკრების წესით წარმოებს. ნებისმიერ გამოყოფილz მიმართურთულებაზე სპინისპროექცია -j - დან j – მდე ყველა მნიშვნელობას იღებს, რაც იმას ნიშნავს, რომ j სპინის მქონე ნაწილაკი შეიძლება 2j+1 განსხვავებულ მდგომარეობაში იმყოფებოდეს. მაგალითად, j = 1/2 სპინის შემთხვევაში ასეთ მდგომარეობათა რიცხვი ორის ტოლია, რაც ორი დამატებითითავისუფლების ხარისხის ეკვივალენტურია. კვანტური მექანიკის თანახმად, სპინისვექტორის მოდული
ფორმულით გამოითვლება.
2004 წლის მონაცემებით, ცნობილ ელემენტარულ ნაწილაკთა შორის უდიდესი სპინი – 15/2 – ბარიონულრეზონანსს, დელტა (2950) აქვს. ატომბირთვთა სპინი შეიძლება 20 - ს აღემატებოდეს.
სპინის კონცეფცია ფიზიკაში1925 წელსგაუდსმიტმა დაულენბეკმა შემოიღეს, თუმცა ჯერ კიდევ1924 წელსვოლფგანგ პაულიმ ტუტე ლითონებში სავალენტო ელექტრონის მოძრაობის აღსაწერად კვანტური მექანიკის მათემატიკურ აპარატში ახალი ორმდგენელიანი თავისუფლების ხარისხი შემოიტანა. თავდაპირველად,სპექტროსკოპული მონაცემების ანალიზის საფუძველზე, ელექტრონი სწრაფად მბრუნავ ბზრიალასთან გააიგივეს, რამაც, ცხადია, გადაულახავი წინააღმდეგობები წარმოქმნა, ვინაიდან სპინის აღწერაკლასიკური მექანიკით შეუძლებელია.1927 წელს იმავე პაულიმ სპინური ცვლადიშრედინგერის განტოლებაში შეიტანა. ასეთი გზით განახლებულ შრედინგერის განტოლებასპაულის განტოლება ეწოდება. ელექტრონისტალღური ფუნქციას სპინური ნაწილი გაუჩნდა, რომელიც აღიწერებასპინორით, ანუ აბსტრაქტულ სპინური სივრცის "ვექტორით".1928 წელს სპინის რელატივისტური თეორიაპოლ დირაკმა შექმნა.დირაკის განტოლებიდან, რომელშიც უკვე ოთხმდგენელიანი ბისპინორებია შემოღებული, უშუალოდ გამომდინარეობს სპინის არსებობა.ელექტრონის სპინის გათვალისწინებითვოლფგანგ პაულიმ ჩამოაყალიბა პრინციპი, რომლის თანახმად ერთსა და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში არ შეიძლება ორი ელექტრონი იმყოფებოდეს (პაულის პრინციპი). ის ფაქტი, რომ ელექტრონის სპინი 1/2–ია, საფუძვლად დაედო მნიშვნელოვანი მოვლენების ახსნას. გასაგები გახდა ატომური სპექტრებისფაქიზი სტრუქტურის არსებობის მიზეზი. აიხსნა მაგნიტურ ველში სპექტრალური ხაზების გახლეჩის მოვლენა (ზეემანის ეფექტი). გაირკვა, თუ რა წესით ივსება მრავალელექტრონიანი ატომების ელექტრონული გარსები და, შესაბამისად, ნათელი მოეფინა ელემენტთა პერიოდული სისტემის კანონზომიერებებს. აიხსნაფერომაგნეტიზმი. პროტონის სპინის არსებობის ჰიპოტეზის შესამოწმებლად ჩატარებულ ექსპერიმენტში ატომთა ენერგეტიკული დონეებისზეფაქიზი სტრუქტურა აღმოაჩინეს.
მიუხედავად იმისა, რომ სპინი ნაწილაკის რეალურ ბრუნვასთან არაა დაკავშირებული, ის მაინც ქმნის გარკვეულმაგნიტურ მომენტს;ეს იწვევს ნაწილაკის დამატებით ურთიერთქმედებასმაგნიტურ ველთან. ეს მომენტი
ფორმულით გამოითვლება.
კოეფიციენტსგირომაგნიტური ფარდობა ეწოდება. ელექტრონისთვის გირომაგნიტური ფარდობა, ორბიტალური მომენტისგან განსხვავებით,ბორის მაგნეტონს არ ემთხვევა, რაცკლასიკური ელექტროდინამიკის ფარგლებში ახსნას არ ექვემდებარება.
ნაწილაკის სპინი ცალსახად განსაზღვრავს იმ სტატისტიკის ტიპს, რომელსაც ემორჩილება ესა თუ ის ნაწილაკი. იმის გამო, რომ ერთი და იგივე ტიპის ყველა ნაწილაკი იგივურია, რამდენიმე ერთნაირი მიკროობიექტისაგან შემდგარი სისტემის ტალღური ფუნქცია ორი ნაწილაკის ურთირთგადასმის მიმართ ან სიმეტრიული უნდა იყოს (ე. ი. არ უნდა იცვლებოდეს), ან ანტისიმეტრიული (ე. ი. უნდა მრავლდებოდეს –1 – ზე). პირველ შემთხვევაში ნაწილაკებიბოზონებს წარმოადგენენ დაბოზე-აინშტაინის სტატისტიკას ემორჩილებიან, ხოლო მეორე შემთხვევაში ნაწილაკებიფერმი-დირაკის სტატისტიკას ემორჩილებიან დაფერმიონებს წარმოადგენდნენ. მთელი სპინის მქონე ნაწილაკები ბოზონებია, 1/2 –ის ჯერადი სპინის მქონე ნაწილაკები – ფერმიონები.
ისეთ მდგომარეობათა სივრცის შემოტანა, რომლებიც ჩვეულებრივ სივრცეში მოძრაობასთან არაა დაკავშირებული, ფიზიკისთვის ნაყოფიერი აღმოჩნდა. ამ იდეის განზოგადოებასბირთვული ფიზიკაშიიზოტოპური სპინი წარმოადგენს.კვანტურ ქრომოდინამიკაში ერთ – ერთ ძირითადი ცნებაა კვანტური რიცხვიფერი – სპინის გართულებული ანალოგი.
