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Mit Spin schwindlig werden

Wie Sie sicher aus Ihrer Beschäftigung mit der Physik wissen, besitzt ein Elektron (frei oder gebunden) einen intrinsischen Drehimpuls, den man als Spin oder Eigendrehimpuls bezeichnet. Intrinsisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es sich bei dem Spin um eine fundamentale Eigenschaft des Elektrons handelt, vergleichbar mit seiner Masse oder seiner elektrischen Ladung.

Vielleicht stellen Sie sich den Spin als die Eigendrehung eines winzigen Teilchens um eine Achse vor, doch diese Vorstellung ist nicht wirklich zutreffend. In der Quantenmechanik betrachtet man den Spin am besten als eine messbare, intrinsische Eigenschaft des Elektrons, zu der es kein klassisches Analogon gibt.

Im Verlauf dieses Kapitels wird sich zeigen, dass der Betrag des Spins quantisiert ist und durch eine weitere Quantenzahl, die sogenannte Spinquantenzahl s beschrieben wird, die für Elektronen immer den Wert ¹/₂ hat. Darüber hinaus beschreibt die magnetische Spinquantenzahl m (oder auch m_s) des Elektrons die Orientierung seines Spins zur z-Achse. Da der Spin des Elektrons die Quantenzahl s = ¹/₂ hat, kann m_s nur die Werte +¹/₂ und –¹/₂ annehmen.

Wie Sie an dieser Stelle richtig vermuten, gibt es auch entsprechende Spinoperatoren, die große Ähnlichkeit mit den Bahndrehimpulsoperatoren L haben. Doch bevor diese erläutert werden, wird im folgenden Abschnitt zunächst der Stern-Gerlach-Versuch vorgestellt, der die Existenz des Spins bestätigt.