VII. SPIN VÀ THỐNG KÊ CÁC HẠT CƠ BẢN
1. Spin là gì?
Một cách dễ hình dung về spin, ta hãy tưởng tượng, theo một nghĩa nào đây, các hạt cơ bản giống như các con quay, như thể chúng quay xung quanh các trục của chúng. Chúng ta nói "như thể chúng quay" theo "một nghĩa nào đó", vì thực tế điều ấy không có; hơn nữa theo cơ học lượng tử thì các hạt cơ bản không có một trục quay nào thật xác định cả.
Trước hết , ta hiểu dạng chuyển động đó là sự quav của các mặt ngoài quanh trục, còn các hạt cơ bản thì, vì không phải là vật "thông thường", nên không thể có cả "các mặt thông thường".
Hai là, do có chuyển động quay xung quanh trục của nó mà các hạt cơ bản có mômen động lượng riêng (thường gọi là mômen cơ riêng). Thế nhưng, mômen cơ riêng của các hạt lớn đến nỗi nếu
chúng ta coi các hạt đó giống như con quay thông thường thì chúng ta sẽ đi đến một sự vô lí hiển nhiên; chẳng hạn vận tốc ở trên "xích đạo" của electron trong trường hợp này lớn gấp đôi vận tốc ánh sáng (!), trong khi đó ta đã biết (xem mục XIII) vận tốc ánh sáng, về nguyên tắc, là lớn nhất trong tự nhiên !!!.
Ba là mọi con quay có mômen quay lượng tử dành riêng cho nó có thể quay chậm hơn hay nhanh hơn ; còn hạt cơ bản thì như người ta thường nói, nó có mômen quay lượng tử , dành riêng cho
nó. Không bao giờ no"quayt*nhanh hơn một chút hay chậm hơn một chút. Không có một cápgì có thể phá hủy được"chuyển động quay" đặc trưng mà thiên nhiên đã "danh rieng"cho nó. Vì mômen cơ riêng của hạt cơ bản về ý nghĩa không hoàn toàn trùng với mômen động lưỢng của vật thể thông thường, nên dĩ nhiên người ta tìm cho nó một cái tên gọi đặc biệt là "spin" (theo tiếng Anh spin có nghĩa là "xoắn",
d ) e;
Hình 12. Spin của hạt cơ bản
Spin của một hạt cho phép chúng ta hình dung hạt đó một cách cụ thể hơn từ các hướng khác nhau . Một hạt có spin 0 (như các mêzôn) giống như một chấm tròn; nó nhìn từ mọi hướng đều giống hệt nhau (hình 12a). Trái lại hạt có spin 1 (như photon) lại giống như một mũi tên : nhìn từ các hướng khác nhau sẽ thấy nó khác nhau (hình 12b,d). Chỉ khi ta quay nó trọn một vòng (360°) thì hạt mới nhìn giống như trước. Một hạt có spin 2 giống như một mũi tên có hai đầu (hình 12c,e): nó nhìn giống như trước nếu như quay nửa vòng (180°). Tương
4 1