152. Электрон VS Протон: битва спинов. Векторная модель атома. Этого не рассказали в школе.
Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://rutube.ru/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Основные темы: Спин протона, сложение спинов в атоме водорода, различие между фермионами и бозонами (частицами с полуцелым и целым спином), и как это влияет на поведение материи. Подробный разбор: Спин протона и структура атома водорода: Лектор напоминает, что раньше они рассматривали сферически симметричное электронное облако. Потом добавили спин электрона (1/2), что привело к пониманию расщепления пучка в опыте Штерна-Герлаха. Новый факт: У протона (ядра водорода) тоже есть спин, и он тоже равен 1/2. Следовательно, полное состояние атома водорода описывается тремя компонентами: - Пространственное состояние (электронное облако). - Спиновое состояние электрона. - Спиновое состояние протона. В первом приближении эти состояния считаются независимыми, и их вероятности перемножаются (математически это тензорное произведение пространств состояний). Философское и физическое значение спина (отступление): Вещество (материя): Состоит из фермионов — частиц с полуцелым спином (1/2). Это протоны, нейтроны, электроны. Им “хочется быть разными” (Принцип Паули). Благодаря этому существуют электронные оболочки, химия и стабильность вещества. Поле (взаимодействие): Переносчики взаимодействий (фотоны, глюоны и т.д.) имеют целый спин (обычно 1). Это бозоны. Им “хочется быть одинаковыми”. Практические эффекты целого спина: Сверхтекучесть гелия: Атом гелия-4 (2 протона, 2 нейтрона, 2 электрона) имеет суммарный целый спин. Атомы могут вести себя как единое целое, не цепляясь за стенки сосуда. Сверхпроводимость: Электроны (спин 1/2) объединяются в Куперовские пары (суммарный спин целый) и могут течь без сопротивления. Лазеры: Фотоны (спин 1) стремятся быть в одном состоянии, создавая когерентное излучение. Сложение спинов в атоме водорода (математика процесса): Рассматривается система из двух частиц со спином 1/2 (электрон и протон). Всего возможны 4 базовых комбинации спинов. Переход к полному спину атома: Лектор показывает, как эти состояния ведут себя при повороте системы координат. Проблема “Триплет и Синглет”: В опыте Штерна-Герлаха для целого атома мы ожидаем увидеть отклонение пучка. Если суммарный спин 1, то должно быть три проекции: +1, 0, -1 (три полоски на экране). Но у нас изначально было 4 состояния. Куда делось четвертое? Состояние с полным спином 0 не имеет магнитного момента и в опыте Штерна-Герлаха летит прямо (вместе с компонентой триплета, у которой проекция 0). Итог: Сложение двух спинов 1/2 дает два возможных состояния системы: состояние со спином 1 (три возможные проекции) и состояние со спином 0 (одна проекция). Это объясняет, почему в экспериментах с атомами поведение отличается от поведения отдельных электронов.
Канал «Научная Тематика»! Поддержать канал Донатом🧧💰👇. Перевод на карту: Сбер: 4817 7601 3927 9347 Т-банк: 2200 7017 8811 7452 Сервисы раннего доступа, смотри видео раньше и поддержи канал: Подписка на Boosty • https://boosty.to/ivanovskiy/donate Подписка на VK_Donut • https://vk.com/donut/ivanovskiysergey Канал в соцсетях👇 Телеграм • https://t.me/ivanovskiysergey ВК • https://vk.com/ivanovskiysergey Дзен • https://dzen.ru/ivanovskiysergey Rutube •https://rutube.ru/video/person/30197834 ------------------------------------------------------------------------------- Основные темы: Спин протона, сложение спинов в атоме водорода, различие между фермионами и бозонами (частицами с полуцелым и целым спином), и как это влияет на поведение материи. Подробный разбор: Спин протона и структура атома водорода: Лектор напоминает, что раньше они рассматривали сферически симметричное электронное облако. Потом добавили спин электрона (1/2), что привело к пониманию расщепления пучка в опыте Штерна-Герлаха. Новый факт: У протона (ядра водорода) тоже есть спин, и он тоже равен 1/2. Следовательно, полное состояние атома водорода описывается тремя компонентами: - Пространственное состояние (электронное облако). - Спиновое состояние электрона. - Спиновое состояние протона. В первом приближении эти состояния считаются независимыми, и их вероятности перемножаются (математически это тензорное произведение пространств состояний). Философское и физическое значение спина (отступление): Вещество (материя): Состоит из фермионов — частиц с полуцелым спином (1/2). Это протоны, нейтроны, электроны. Им “хочется быть разными” (Принцип Паули). Благодаря этому существуют электронные оболочки, химия и стабильность вещества. Поле (взаимодействие): Переносчики взаимодействий (фотоны, глюоны и т.д.) имеют целый спин (обычно 1). Это бозоны. Им “хочется быть одинаковыми”. Практические эффекты целого спина: Сверхтекучесть гелия: Атом гелия-4 (2 протона, 2 нейтрона, 2 электрона) имеет суммарный целый спин. Атомы могут вести себя как единое целое, не цепляясь за стенки сосуда. Сверхпроводимость: Электроны (спин 1/2) объединяются в Куперовские пары (суммарный спин целый) и могут течь без сопротивления. Лазеры: Фотоны (спин 1) стремятся быть в одном состоянии, создавая когерентное излучение. Сложение спинов в атоме водорода (математика процесса): Рассматривается система из двух частиц со спином 1/2 (электрон и протон). Всего возможны 4 базовых комбинации спинов. Переход к полному спину атома: Лектор показывает, как эти состояния ведут себя при повороте системы координат. Проблема “Триплет и Синглет”: В опыте Штерна-Герлаха для целого атома мы ожидаем увидеть отклонение пучка. Если суммарный спин 1, то должно быть три проекции: +1, 0, -1 (три полоски на экране). Но у нас изначально было 4 состояния. Куда делось четвертое? Состояние с полным спином 0 не имеет магнитного момента и в опыте Штерна-Герлаха летит прямо (вместе с компонентой триплета, у которой проекция 0). Итог: Сложение двух спинов 1/2 дает два возможных состояния системы: состояние со спином 1 (три возможные проекции) и состояние со спином 0 (одна проекция). Это объясняет, почему в экспериментах с атомами поведение отличается от поведения отдельных электронов.