¿Es necesario el espín para el electromagnetismo?

Question

Sé que el espín es necesario para definir el momento magnético de cualquier partícula, y también he leído que el espín es en realidad la razón por la que algunos materiales son magnéticos. Lo que quiero saber es si el espín es necesario para algunas interacciones en el campo electromagnético.

En la teoría clásica del campo electromagnético, los campos eléctrico y magnético pueden considerarse combinaciones de derivadas parciales del potencial vectorial ( $A_\mu$ ). Cualquier partícula se acopla al campo e interactúa con otras partículas a través de él.

Siguiendo adelante, si consideramos la versión de la teoría cuántica de campos, tenemos dos partículas acopladas con el campo electromagnético, que luego interactúan con el intercambio de bosones (fotones). Mi pregunta es: ¿qué importancia tiene el espín en las interacciones que se producen a través del campo electromagnético? ¿Existen algunas interacciones que las partículas sin espín no pueden tener, pero sí las que tienen espín?

Answer 1

Los piones cargados, por ejemplo, $\pi^+$ y $\pi^-$ tienen espín cero pero interaccionan con un campo magnético, como puede verse en las huellas curvas que dejan en una cámara de burbujas con un campo magnético. Así que, para responder a tu pregunta, el espín no es teóricamente necesario para el electromagnetismo. Se podría tener una teoría EM perfectamente buena y completa con partículas sin espín. Pero el mundo real no funciona así.

Answer 2

Macroscópicamente, en mecánica clásica el espín es la rotación de un cuerpo alrededor de un eje que lo atraviesa, y puede considerarse como el momento angular que tiene el cuerpo. La conservación del momento angular es intrínseca a la teoría clásica.

Cuando las medidas empezaron a observar el microcosmos de átomos y partículas, se descubrió que las reglas de conservación de la energía y el momento se mantenían en las interacciones, PERO a menos que se diera un momento angular intrínseco a las partículas, la conservación del momento angular no se mantendría. Así que, mediante observaciones experimentales, se asignó a todas las partículas un momento angular fijo, llamado espín. partículas elementales para que las observaciones se ajustaran a la teoría cuántica que se estaba desarrollando. Esto se ha validado una y otra vez con todas las mediciones.

Pregunta tú:

¿qué importancia tiene el espín en las interacciones que se producen a través del campo electromagnético?

El gran papel de mantener la conservación del momento angular en las interacciones .

¿Existen interacciones que las partículas sin espín no puedan tener, pero sí las que tienen espín?

Las interacciones fundamentales de las partículas elementales son cuatro. El espín limita las interacciones posibles debido a la conservación del momento angular, por lo que existen diferencias entre las interacciones espín-partícula no nula y espín-partícula nula, como ocurre con todas las cantidades conservadas, como la carga, el número de bariones, etc.

Answer 3

La electrodinámica clásica se formula en términos de macroscópico (es decir, promediado sobre muchos átomos/partículas) campos y fuentes (corrientes y cargas). Se condensa totalmente en las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones materiales de apoyo (que describen cómo responden las fuentes a los campos). Como tal, no necesita espín, simplemente porque no le importa el origen de los momentos magnéticos implicados. De hecho, se sabe que interpretar el espín en términos macroscópicos, como una corriente debida a la rotación de la partícula, es incorrecto: cuantitativamente para las partículas cargadas, y cualitativamente para las neutras (como el neutrón).

Desde el punto de vista de la electrodinámica cuántica, el espín es una distinción entre los portadores de interacción (bosones, que tienen espín entero, como los fotones) y los fermiones que se acoplan a los portadores de interacción a través de su carga y girar. No está muy claro cómo se puede desechar el giro en esta imagen sin destruirla por completo.

Por último, el espín afecta a las interacciones de forma no explícita a través de la estadística de partículas, es decir, a través del principio de exclusión.

Answer 4

El magnetismo se percibe a menudo como el espín de las partículas subatómicas que "hace" el dipolo magnético de estas partículas. A veces esto complica la comprensión del magnetismo tanto a nivel macroscópico como en las interacciones intraatómicas.

Clásicamente (es decir, no desde el punto de vista de la QED) se puede tratar a los electrones y a los protones como si tuvieran las dos propiedades intrínsecas carga y momento magnético (campo eléctrico y campo magnético del electrón y del protón), que existen de la misma manera. De hecho, ambas propiedades son separables a nivel macroscópico. El campo eléctrico al separar los electrones del núcleo y el campo magnético al alinear los átomos por sus momentos dipolares magnéticos. Para decirlo directamente: los electrones y los protones son tanto cargas como imanes.

Sé que el espín es necesario para definir el momento magnético de cualquier partícula, y también he leído que el espín es en realidad la razón por la que algunos materiales son magnéticos.

Teniendo en cuenta lo anterior, el espín es -sin considerar la QED- un sinónimo del momento magnético. Los dipolos magnéticos alineados de las partículas subatómicas implicadas son la razón del campo magnético macroscópico.

Lo que quiero saber es si el espín es necesario para algunas interacciones en el campo electromagnético... en la teoría clásica del campo electromagnético, los campos eléctrico y magnético podrían considerarse como algunas combinaciones de derivadas parciales del potencial vectorial (A

Answer 5

El electromagnetismo es un campo de conocimiento bastante amplio y mucho de él va bien sin la noción de ningún "giro".

El concepto de giro suele invocarse por primera vez cuando hay que explicar ferromagnetismo (la capacidad de algunas sustancias de conservar un campo magnético estático después de retirar el campo magnético externo).

A diferencia de muchos fenómenos electromagnéticos omnipresentes que pueden explicarse de forma más o menos clásica, el ferromagnetismo escapa a todos los intentos clásicos. Por eso se considera " efecto puramente cuántico ". La propiedad de espín de los electrones está íntimamente implicada en este efecto.