Espín

El espín fue introducido en 1925 por Ralph Kronig e, independientemente, por George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit.La otra propiedad intrínseca de las partículas elementales es la carga eléctrica.La primera evidencia experimental de la existencia del espín se produjo con el experimento realizado en 1922 por Otto Stern y Walther Gerlach, aunque su interpretación no llegara sino hasta 1927.El espín proporciona una medida del momento angular intrínseco de toda partícula.En contraste con la mecánica clásica, donde el momento angular se asocia a la rotación de un objeto extenso, el espín es un fenómeno exclusivamente cuántico, que no se puede relacionar de forma directa con una rotación en el espacio.Eso implica que cualquier observador al hacer una medida del momento angular detectará inevitablemente que la partícula posee un momento angular intrínseco total, difiriendo observadores diferentes solo sobre la dirección de dicho momento, y no sobre su valor (este último hecho no tiene análogo en mecánica clásica).Esta relación, conocida empíricamente, es demostrable en teoría cuántica de campos relativista.Como propiedad mecanocuántica, el espín presenta una serie de cualidades que lo distinguen del momento angular clásico: Otra propiedad fundamental de las partículas cuánticas es que parecen existir solo dos tipos llamados fermiones y bosones, los primeros obedecen la estadística de Fermi-Dirac y los segundos la estadística de Bose-Einstein.Curiosamente existe una conexión entre el tipo de estadística que obedecen las partículas y su espín.Los electrones, neutrones y protones son fermiones de espínAlgunas partículas exóticas como el pion o el bosón de Higgs tienen espín nulo.) que tiene el espín con proyección en la dirección z (en coordenadas cartesianas) hay dos autoestados de S. Se asignan vectores a los espines como sigue: entonces el operador correspondiente en dicha representación será Para partículas de espín superior la forma concreta de las matrices cambia.Las partículas con espín presentan un momento magnético, recordando a un cuerpo cargado eléctricamente en rotación (de ahí el origen del término: spin, en inglés, significa "girar").La analogía se pierde al ver que el momento magnético de espín existe para partículas sin carga, como el fotón.[7]​: 131  Mientras que los nombres basados en modelos mecánicos han sobrevivido, la explicación física no lo ha hecho.Dado que las partículas elementales son puntuales, su autorrotación no está bien definida.Sin embargo, el espín implica que la fase de la partícula depende del ángulo como, para rotación de ángulo θ alrededor del eje paralelo al espín S. Esto es equivalente a la interpretación cuántico-mecánica del momento como dependencia de fase en la posición, y del momento angular orbital como dependencia de fase en la posición angular.La velocidad angular es igual por el teorema de Ehrenfest a la derivada del Hamiltoniano a su momento conjugado, que es el operador de momento angular total.J = L' + S. Por tanto, si el Hamiltoniano H depende del espín S, dH/dS es distinto de cero, y el espín causa velocidad angular, y por tanto rotación real, es decir, un cambio en la relación fase-ángulo a lo largo del tiempo.Sin embargo, si esto es válido para el electrón libre es ambiguo, ya que para un electrón, S2 es constante, y por lo tanto es una cuestión de interpretación si el Hamiltoniano incluye tal término.Sin embargo, el espín aparece en la ecuación de Dirac, y por tanto el Hamiltoniano relativista del electrón, tratado como un campo de Dirac, puede interpretarse como que incluye una dependencia en el espín S.[8]​ Bajo esta interpretación, los electrones libres también se autorrotan, entendiéndose el efecto zitterbewegung como esta rotación.El espín obedece a las leyes matemáticas de cuantización del momento angular.En cambio, el momento angular orbital sólo puede tomar valores enteros de s; es decir, valores pares de n. Actualmente, la microelectrónica encuentra aplicaciones a ciertas propiedades o efectos derivados de la naturaleza del espín, como es el caso de la magnetorresistencia (MR) o la magnetorresistencia gigante (MRG) que se aprovecha en los discos duros.También se baraja la posibilidad de aprovechar las propiedades del espín para futuras computadoras cuánticas, en los que el espín de un sistema aislado pueda servir como qubit o bit cuántico.En este sentido, el físico teórico Michio Kaku, en su libro Universos paralelos, explica de modo sencillo y divulgativo cómo los átomos pueden tener orientado su espin hacia arriba, hacia abajo o a un lado, indistintamente.Los bits de ordenador (0 y I) podrían ser reemplazados por qubit (algo entre 0 y I), convirtiendo las computadoras cuánticas en una herramienta mucho más potente.Esto permitiría no solo renovar los fundamentos de la informática sino superar los procesadores actuales basados en el silicio.