El espín no solo aparece en la jerga de los científicos, sino que juega un papel crucial en fenómenos tan cotidianos como el magnetismo de un imán.
Aun así, sigue siendo un enigma.
Seguro que alguna vez has escuchado hablar del "espín".
El espín del electrón, el espín de los protones, de los neutrones…
Pero, ¿sabes realmente a qué se refiere ese término?
Aunque es una propiedad fundamental que gobierna el comportamiento de las partículas más pequeñas y que, en su totalidad, da forma a la materia que nos rodea, su naturaleza y significado puede llegar a resultar muy confuso y difícil de entender para la mayoría de la población.
El espín no solo aparece en teorías complejas o en la jerga de los científicos, sino que juega un papel crucial en fenómenos tan cotidianos como es el magnetismo que experimentamos al usar un imán en la puerta de la nevera.
Aun así, sigue siendo un enigma.
. Pero, no te preocupes, te ayudamos a desentrañar este término tan complejo para que puedas, finalmente, entender qué es el espín y por qué juega un papel tan importante en el mundo que nos rodea.
Cuando alguien habla de espín se refiere a una propiedad fundamental de las partículas subatómicas, como los electrones, los protones o los neutrones.
A menudo, se compara con la idea de una rotación o un giro, pero el concepto de espín va mucho más allá.
No es simplemente una rotación física que podemos ver con nuestros ojos, sino una característica intrínseca que define el comportamiento y las interacciones de las partículas.
Es decir, se trata de una característica cuántica.
A diferencia de una pelota de fútbol, que gira visiblemente cuando la pateas, el espín no es una rotación que puedas observar directamente.
Sin embargo, es una buena analogía. Podrías pensar en el espín como un código de barras de un producto: no importa como muevas el producto, el código de barras siempre es el mismo y proporciona información esencial sobre él.
De la misma manera, el espín de una partícula siempre está presente y define parte de su identidad, independientemente del movimiento o comportamiento de esta.
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Pero, ¿cómo define algo tan abstracto como el espín la identidad de una partícula? Pues bien, para ello debes imaginar a cada partícula con una pequeña flecha invisible que no se puede ver ni medir directamente, pero que existe.
La dirección en la que apunta la flecha y cómo se mueve, serán aspectos cruciales para entender cómo interactúa con otras y cómo interactúa en las diferentes situaciones.
En el caso del espín, esa flecha no representa una rotación física, sino una orientación en un espacio abstracto de la mecánica cuántica.
En los materiales ferromagnéticos, como el hierro, el cobalto o el níquel, los electrones de los átomos se alinean espontáneamente en la misma dirección debido a las interacciones de sus espíns
Las diferentes partículas pueden tener diferentes valores de espín, y son justo esos valores los que determinan cómo se comportan.
Los valores más comunes son ½, 1 y 0. Estos números son fracciones y enteros que indican la "cantidad" de espín que posee una partícula.
- Espín 1/2: Partículas como los electrones tienen un espín de 1/2.
- Esto significa que, en términos cuánticos, la flecha que representa su espín necesita dos giros completos (720 grados) para volver a la misma orientación.
- Este es un concepto que desafía la intuición clásica porque estamos acostumbrados a pensar que un giro completo de 360 grados es suficiente para que un objeto vuelva a su posición original.
- Espín 1: Partículas como los fotones (partículas de luz) tienen un espín de 1. En este caso, un giro de 360 grados es suficiente para que la flecha del espín vuelva a su posición inicial.
- Espín 0: Partículas como el bosón de Higgs tienen un espín de 0, lo que significa que no tienen una orientación de espín en el sentido clásico.
- Estas partículas son escalarmente simétricas en términos de espín.
En las diferentes partículas, el espín está también muy relacionado con el magnetismo, llegando a provocar que cada partícula con espín actúe como un mini-imán que genera un pequeño campo magnético a su alrededor.
Esto se debe a que el espín, al ser una propiedad cuántica, es capaz de inducir la creación de un momento magnético- es decir, una medida de la fuerza del campo magnético que la partícula produce.
Por ejemplo, los electrones que tienen un espín de ½ se comportan como diminutos imanes debido a su espín y a su carga. Estos se pueden alinear bajo la influencia de un campo magnético externo, como cuando acercamos un imán a una pila de clips y estos se alinean a lo largo del campo magnético.
Concretamente, en los materiales ferromagnéticos, como el hierro, el cobalto o el níquel, los electrones de los átomos se alinean espontáneamente en la misma dirección debido a las interacciones de sus espíns.
Esta alineación colectiva produce un campo magnético macroscópico que podemos observar y sentir.
Consecuentemente, el espín juega un papel muy importante en la tecnología moderna, como en la creación de discos duros para almacenamiento de datos, donde la orientación del espín de los electrones en pequeñas áreas magnéticas se utiliza para almacenar su información digital.
De esta forma, aunque el espín es una propiedad microscópica y cuántica, su impacto es enorme y tangible en nuestra vida diaria
El espín (del inglés spin 'giro, girar'), también spin, es una propiedad física de las partículas elementales por la cual tienen un momento angular intrínseco de valor fijo.
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.
Si bien la teoría cuántica de la época no podía explicar algunas propiedades de los espectros atómicos, los físicos Goudsmit y Uhlenbeck descubrieron que, añadiendo un número cuántico adicional el «número cuántico de espín se lograba dar una explicación más completa de los espectros atómicos.
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.
Pronto, el concepto de espín se amplió a todas las partículas subatómicas, incluidos los protones, los neutrones y las antipartículas.
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.
La intuición de que el espín corresponde al momento angular debido a la rotación de la partícula en torno a su propio eje solo debe tenerse como una imagen mental útil, puesto que, tal como se deduce de la teoría cuántica relativista, el espín no tiene una representación en términos de coordenadas espaciales, de modo que no se puede referir ningún tipo de movimiento.
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).
Existe una relación directa entre el espín de una partícula y la estadística que obedece en un sistema colectivo de muchas de ellas.
Esta relación, conocida empíricamente, es demostrable en teoría cuántica de campos relativista.
Propiedades del espín
La proyección sobre los ejes "x" e "y" está indeterminada; una imagen clásica que resulta evocadora es la precesión de un trompo o peonza.
Como propiedad mecano cuántica, el espín presenta una serie de cualidades que lo distinguen del momento angular clásico:
· El valor de espín está cuantizado, por lo tanto no se pueden encontrar partículas con espín de cualquier valor.
· El espín de una partícula siempre es un múltiplo entero de (donde es igual a h la constante de Planck dividida entre , también llamada constante reducida de Planck).
· Esto está relacionado con las diferentes representaciones irreductibles del grupo de rotaciones SO(3), cada una de ellas caracterizada por un número entero m.
· Cuando se mide el espín en diferentes direcciones, solo se obtienen una serie de valores posibles, que son sus posibles proyecciones sobre esa dirección.
· Por ejemplo, la proyección del momento angular de espín de un electrón, si se mide en una dirección particular dada por un campo magnético externo, puede resultar únicamente en los valores o bien .
· Además, la magnitud total del espín es única para cada tipo de partícula elemental.
·
· Esto contrasta con el caso clásico donde el momento angular de un cuerpo alrededor de su eje puede asumir diferentes valores según la rotación sea más o menos rápida.
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.
Eso implica que los agregados de fermiones idénticos están descritos por funciones de onda totalmente anti simétricas mientras que los bosones idénticos vienen descritos por funciones de onda totalmente simétricas.
Curiosamente existe una conexión entre el tipo de estadística que obedecen las partículas y su espín.
Los fermiones tienen espines semi enteros y los bosones enteros:
Donde n y m son números enteros no negativos (números naturales) que dependen del tipo de partículas.
Los electrones, neutrones y protones son fermiones de espín mientras que los fotones tienen espín . Algunas partículas exóticas como el pion o el bosón de Higgs tienen espín nulo.
Los principios de la mecánica cuántica indican que los valores del espín se limitan a múltiplos enteros o semi enteros
NO SE DEBE SER DÉBL, SI SE QUIERE SER LIBRE