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Spin

O spin é uma propriedade intrínseca de partículas quânticas, assim como a massa ou a carga, mas não apresenta nenhuma analogia com a Física Clássica.

O que é spin?

O spin é uma propriedade quântica presente em partículas subatômicas, como prótons e elétrons. Trata-se de uma grandeza vetorial porque apresenta módulo, direção e sentido. Seu módulo, entretanto, não pode apresentar quaisquer valores, já que o spin é uma grandeza quantizada.

Na prática, é como se cada uma dessas pequenas partículas fosse um pequeno ímã tridimensional, apresentando direções norte e sul de campo magnético de acordo com o seu sentido de “rotação”.

Essa ideia de rotação vem das contribuições dadas pelas equações do eletromagnetismo de Maxwell: a corrente elétrica, ou a mera movimentação de partículas eletrizadas, é capaz de produzir campos magnéticos, logo, se essas partículas apresentam um campo magnético intrínseco, elas devem estar girando.

Apesar de o nome sugerir uma rotação (spin significa giro, em português), não é bem assim: partículas como o elétron não têm tamanho definido, logo, não faz sentido dizer que o spin existe em virtude de um movimento de rotação. Na verdade, o spin é um momento angular intrínseco das partículas quânticas sem qualquer analogia clássica.

Partículas como elétrons e prótons apresentam spin ½, e os fótons apresentam spin inteiro (1). Isso significa que os módulos das componentes do spin dessas partículas somente podem ser múltiplos positivos ou negativos de uma constante física chamada de constante de Planck reduzida (?=1,054.10-34 J.s). Sendo assim, é dito que as componentes do spin eletrônico podem assumir dois valores:

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Quando o spin apresenta módulo positivo, damos o nome de spin up; quando apresenta módulo negativo, é chamado de spin down.

A descoberta dessa propriedade ocorreu em 1922, no Instituto de Física Teórica de Frankfurt, na Alemanha, pelos físicos Otto Stern e Walther Gerlach. Na ocasião, os pesquisadores pretendiam observar a quantização espacial de partículas subatômicas. Eles não faziam ideia da existência do spin, tampouco conseguiram explicar seus resultados experimentais.

O experimento consistia em um forno usado para aquecer amostras de prata até tornarem-se um gás. Esse gás era expelido quase em linha reta por meio de um pequeno orifício, que direcionava essas partículas a um grande ímã com campo magnético apontando para a direção vertical.

Como os átomos emitidos possuem cargas, esperava-se que eles interagissem com o campo magnético do ímã, produzindo uma mancha contínua em um anteparo disposto logo após o ímã. Porém, o que se constatou foi uma separação superior e inferior do feixe de átomos de prata: nenhum deles atingia o centro, apenas as extremidades do anteparo.

A explicação e a proposta da existência do spin somente foram realizadas algum tempo depois pelos físicos George Uhlenbeck e Samuel Abraham Goudsmit.

O spin é uma das propriedades intrínsecas da matéria e apresenta apenas dois valores possíveis para cada direção do espaço: spin up e spin down

O spin é uma das propriedades intrínsecas da matéria e apresenta apenas dois valores possíveis para cada direção do espaço: spin up e spin down

Por: Rafael Helerbrock