مفهوم اسپین و ایزوتوپ اسپین

مفهوم اسپین و ایزوتوپ اسپین

اسپین
اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى کنند. این تابش ناشـى از ایـن اسـت کـه الکتـرون
هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انـرژى را بـه صـورت یـک فوتـون بـا طـول
موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الکترومغناطیسى، به چنـد
طول موج جدا از هم تفکیک مى شـود . علـت ایـن اسـت کـه الکتـرون هـا در اتـم، انـدازه
حرکت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشـان دادنـد کـه الکتـرون هـا عـلاوه بـر ایـن
اندازه حرکت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند که فقـط در حضـور میـدان مغناطیسـى

آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به انـدازه حرکـت زاویـه اى، نـام آن را
«اندازه حرکت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد که عـلاوه بـر الکتـرون،
باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است کـه یـک خاصـیت
کاملاً کوانتومى است و مشابه کلاسیک ندارد. ذراتى که اسپین نـیم صـحیح دارنـد (یـک
دوم، سه دوم، …) فرمیون مـى نامنـد، مثـل الکتـرون، پروتـون، نـوترون و … ایـن ذرات
تشکیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى که اسپین صـحیح دارنـد (صـفر، 2 ، 1 و…)
بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و… این ذرات حامل نیروها هستند.
ایزواسپین و نیروى هسته اى

هنگــامى کــه نــوترون توســط چادویــک کشف شـد، ایـن واقعیـت مسـلم شـد کـه
عــــــلاوه بــــــر نیــــــروى گــــــرانش والکترومغناطیســى، حــداقل یــک نیــروى
دیگر در طبیعـت وجـ ود دارد و ایـن نیـرواســت کــه عامــل پیونــد نوکلئــون هــا
(پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجـود ایـن نیـرو، در اثـر

دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از ایـن مثـال برمـى
آید که اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعـه پروتـون هـا بایسـتد و ثانیـاً
بـــرد آن بایـــد خیلىکوتـــاه باشـــد و از ابعـــاد هســـته بیشـــتر نباشـــد . زیـــرا نیـــروى
الکترومغناطیسـى (در مـدل بـوهر) آرایـش الکتـرون هـا در مـدارهاى اتمـى را بـه خـوبى
توضیح مى داد. اما واقعیت مهم و جالب تر این است که باید براى ایـن نیـرو، پروتـون و
نوترون به یک شکل دیده شوند و فـارغ از اخـتلاف بـار الکتریکـى ایـن دو ذره یـک شـکل
باشند. هایزنبرگ با استفاده از این واقعیت و بـا ایـده گـرفتن از نظریـه اسـپین، مفهـوم
ریاضى جدیدى به نام «ایزوتوپ اسپین» یا ایزواسپین را معرفـى کـرد . او پیشـنهاد کـرد
که همان طور که در حضـور میـدان ا لکتریکـى خطـوط طیفـى یکـى هسـتند و بـا ظهـور
میدان مغناطیسى به چند خط دیگر شکافته مى شوند، نوکلئون ها (پروتـون و نـوترون )
هـم درحقیقـت در مقابـل نیـروى هسـته اى یـک ذره هسـتند امـا هنگـام ظهـور نیروهـاى
الکترومغناطیسى به دو ذره با ایزواسپین متفاوت تبدیل مى شوند.