Die grundlegende und unveränderliche Klassifizierung der Elementarteilchen in Bosonen (ganzzahliger Spin) und Fermionen (halbzahliger Spin) erfolgt durch den Spin. Durch die Addition zweier halbzahliger Drehimpulse entsteht ein ganzzahliger, ähnlich wie bei der Addition von zwei ganzzahligen Drehimpulsen, während sich ein halbzahliger und ein ganzzahliger Drehimpuls zu einem halbzahligen addieren. Der Elektronenspin ermöglichte im Stern-Gerlach-Versuch erstmals den direkten Nachweis der Richtungsquantelung.
Er spinempire casino login hat aber im Vergleich zum Bahndrehimpuls des Kreisstroms genau die doppelte Stärke. Dieser Dipol liegt zum Spin parallel, genau wie der magnetische Dipol eines Kreisstroms parallel zu dessen Bahndrehimpuls liegt. Fügt man in die Dirac-Gleichung die Wirkung eines statischen Magnetfelds ein, ergibt sich eine Zusatzenergie wie bei einem magnetischen Dipol.
Allerdings blieben die häufig beobachteten geradzahligen magnetischen Aufspaltungen in zwei oder mehr Niveaus unbeantwortet, ebenso die zweifache Aufspaltung eines Niveaus schon ohne Magnetfeld, wie zum Beispiel bei der intensiven gelben Spektrallinie von Natrium, wo Zeeman erstmals den magnetischen Effekt nachweisen konnte. Der Quantensprung von Elektronen im Atom, der zwischen den stabilen, genau vorgegebenen Bahnen stattfindet und entscheidend für die Emission von Lichtwellen mit bestimmten Frequenzen (Spektrallinien) ist, wurde 1913 überzeugend im Bohrschen Atommodell erkannt; dennoch bleibt die seit langem beobachtete feine Aufspaltung vieler Linien ein ungelöstes Problem. In der klassischen Physik bleibt unerklärlich, wie genau der Spin zustande kommt. Auch wenn sich das Elektron mit kinetischer Energie Null befindet und damit ruht, besitzt es seinen Spin, der ebenfalls als Eigendrehimpuls bekannt ist. Nahezu exakt entspricht dies dem experimentellen Ergebnis für das Elektron, während der genaue Wert etwa 2,00232 beträgt.
Teilchenzahlerhaltung, Fermion, Boson
Die Abweichung vom Wert 2 beträgt lediglich 1 ‰, wurde jedoch bis auf zehn Dezimalstellen genau gemessen, um zunächst diese Theorie und schließlich das vollständige Standardmodell zu testen. Zur detaillierten Analyse von paramagnetischen Stoffen werden die Effekte der magnetischen Elektronenspinresonanz eingesetzt. Im Jahr 1927 schuf Pauli die Pauli-Spinmatrizen, die den heutigen, gültigen Umgang mit dem halbzahligen Elektronenspin in der nichtrelativistischen Quantenmechanik begründen.
Magnetische Materialien und der Spin von Elektronen
Dieses Isospinkonzept hat in der Entwicklung der Elementarteilchenphysik eine wesentliche Rolle gespielt. Der Satz von der Erhaltung des Gesamtdrehimpulses eines Systems bei allen möglichen Prozessen führt zu der – durch Beobachtung gestützten – Einschränkung, dass Fermionen nur in Paaren erzeugt oder vernichtet werden können, nie einzeln; andernfalls müsste sich der Gesamtdrehimpuls von ganzzahlig zu halbzahligen Werten oder umgekehrt ändern. Des Weiteren folgt, dass ein System, welches neben einer beliebigen Anzahl von Bosonen eine ungerade Anzahl von Fermionen aufweist, nur einen halbzahligen Gesamtdrehimpuls haben kann, während eine gerade Anzahl von Fermionen nur einen ganzzahligen Gesamtdrehimpuls zulässt.
Werden für die beiden Basiszustände unterschiedliche Elementarteilchen gewählt, wie Proton und Neutron oder Elektron und Elektronneutrino, so wird die physikalische Größe, die durch dieses Vorgehen definiert wird, als Isospin des Teilchens bezeichnet. Auch bei vielen zusammengesetzten Teilchen und Quasiteilchen bezeichnet die Physik in der Umgangssprache den Drehimpuls um den Schwerpunkt als Spin (zum Beispiel bei Protonen, Neutronen, Atomkernen und Atomen). Ein System, das sowohl Bosonen als auch Fermionen enthält, hat genau dann einen halbzahligen Gesamtdrehimpuls, wenn eine ungerade Anzahl von Fermionen vorhanden ist.