عبد العزيز: /* مراجع */

2023-07-21T19:08:18Z

مراجع

صفحة جديدة

[[ملف:"Father" and "Mother" of the series "Spin Family".jpg|تصغير|200بك|يسار]]
{{مقدمة ميكانيكا الكم}}

'''الغزل'''<ref>[https://applications.emro.who.int/UMD-Joomla/Search%20Engine/Forms/MeaningResults.aspx?QueryID=3&TermID=4e6b8820-41c2-4f9d-8454-27a9d3650230 المعجم الطبي الموحد] {{وصلة مكسورة|تاريخ= مايو 2019 |bot=JarBot}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200528031927/https://applications.emro.who.int/UMD-Joomla/Search%20Engine/Forms/MeaningResults.aspx?QueryID=3&TermID=4e6b8820-41c2-4f9d-8454-27a9d3650230&QueryID=3&TermID=4e6b8820-41c2-4f9d-8454-27a9d3650230 |date=28 مايو 2020}}</ref> أو '''اللف المغزلي''' {{إنج|spin}} أو '''التدويم'''<ref>[https://applications.emro.who.int/UMD-Joomla/Search%20Engine/Forms/AdvancedSearch.aspx?Text=R%C3%A9sonance%20%C3%A9lectrique%20de%20spin&SearchLanguage=01467253-3279-43ba-aa40-c23670d1a80e المعجم الطبي الموحد] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200314155509/http://applications.emro.who.int/UMD-Joomla/Search%20Engine/Forms/MeaningResults.aspx?QueryID=1&TermID=58bf5095-d5e4-4a2e-946a-3830cb9ac385 |date=14 مارس 2020}}</ref> أو '''[[كمية التحرك الزاوي لجسيم]]'''<ref>[http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=113-05-09 الهيئة الدولية الكهروتقنية] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171107023346/http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=113-05-09 |date=07 نوفمبر 2017}}</ref> هي خاصية تعبر عن دوران [[جسيم أولي|الجسيم الأولي]] حول نفسه. يعتبر اللف المغزلي خاصية جوهرية في كافة [[جسيم أولي|الجسيمات الأولية]] وتمثل ظاهرة ميكانيكية كمومية أصيلة. يمكن تقريب اللف المغزلي للإلكترون للأذهان عن طريق تشبيهها بدوران الأرض حول نفسها إضافة لدورانها حول الشمس، فكذلك يلف الإلكترون حول نفسه ويدور في نفس الوقت في مدار حول [[نواة (توضيح)|النواة]]. ويقترن اللف المغزلي للإلكترون بعزم مغناطيسي له، هو الأصل في ظاهرة [[مغناطيسية]] المواد.

== الاكتشاف ==
في [[ميكانيكا كلاسيكية|الميكانيك الكلاسيكي]]: ينشأ العزم الدوراني من دوران مكونات وكتل داخلية أصغر في جسم ما، لكن في ميكانيك الكم يكون الدوران المغزلي خاصة جوهرية للجسيم لا تنشأ عن دوران مكونات داخلية.

اكتشف العزم المغناطيسي للإلكترون في عام 1925، وعن طريقه أمكن تفسير بعض الظواهر التي لم تكن مفهومة أنذاك الخاصة بانشقاق [[خطوط طيف الهيدروجين]]؛ فهي تنشق في هيئة خطين متوازيين بدلا من خط طيفي واحد في وجود مجال مغناطيسي خارجي، هذا بسبب العزم المغزلي للإلكترون الذي يمكن أن يكون موازيا وفي اتجاهه لخطوط المجال المغناطيسي الخارجي أو يكون معكوسا بالنسبة له. وقد اتضح بعد ذلك أن جميع [[جسيم أولي|الجسيمات الأولية]] لها '''لف مغزلي''' ، كما أن بعض الذرات لها محصلة للعزوم المغزلية فيها. تلك المحصلة للعزوم المغزلية تكون بحسب نوع العنصر، فقد يكون المحصلة للعزوم المغزلية للإلكترونات في الذرة (إذا كانت محصلة العزوم المغزلية للنواة مساوية للصفر)؛ وقد تكون محصلة مجموع العزوم المغزلية للإلكترونات مع ارتباطها بمجموع العزوم المغزلية لمكونات النواة.

باستثناء [[بوزون هيغز]] الافتراضي فإن الجسيمات الأولية مثل [[فرميون|الفرميونات]] ([[إلكترون|كالإلكترونات]] و[[ميوون|الميونات]]) و[[هادرون|الهادرونات]] ([[بروتون|كالبروتون]] و[[نيوترون|النيوترون]])، و[[بوزون|البوزونات]] و[[فوتون|الفوتونات]] لا يمكن أن تكون بدون غزل بالرغم من كونها جسيمات نقطية غير مؤلفة من مكونات أصغر منها.

== اللف المغزلي وأطياف العناصر ==
منذ أوائل القرن العشرين تكاثفت أبحاث العلماء لاكتشاف تركيب الذرة، وتعجبوا لعدم سقوط الإلكترون، وهو سالب [[الشحنة (توضيح)|الشحنة]] داخل نواة الذرة وهي موجبة الشحنة، وذلك طبقاً للكهرومغناطيسية الكلاسيكية لا بد من أن يفقد الإلكترون طاقة حركته شيئا فشيئا نتيجة إشعاعه الكهرومغناطيسي المستمر وهو يدور حول النواة حتى ينهار داخل النواة. ولكن الواقع لا يؤيد ذلك، فالإلكترونات لا تلتهما النواة، وتبقي الإلكترونات في مداراتها، بل ومن الممكن أن تتشابك الذرات مع بعضها البعض بواسطة الإلكترونات مكونة [[جزيء|جزيئات]]. لذلك ظهر مجموعة من علماء الفيزياء وضعوا أسس فيزيائية ثورية مبنية على ظاهرة [[كم (توضيح)|الكم]] التي اكتشفها [[ماكس بلانك]] عام 1900، وسميت [[ميكانيكا الكم]].

في عام 1913 اقترح [[نيلز بور]] [[نموذج بور]] لذرة الهيدروجين، وقد نجح هذا النموذج استطاع العلماء في تفسير [[خطوط طيف الهيدروجين]]، التي لم يكن الفيزيائيين لديهم تفسير لظهور تلك الخطوط الضوئية ذات [[تردد]]ات معينة في طيف الهيدروجين، فقد أوضح بور أن سبب ظهور هذه الأطياف المحددة يرجع إلى انتقالات محددة للإلكترون حول النواة وقد أطلق عليها قفزة الكم، واكتشف العلماء أن الخصائص الذرية للذرات تكمن في سلوك إلكتروناتها التي تدور في أغلفتها. وتبينوا باستخدام [[ميكانيكا الكم]] إلى أن سلوك الإلكترون في الذرة يمكن وصفه بأربعة إحداثيات أو [[أعداد كمومية]]، وهي:
* [[عدد كم رئيسي]]،
* [[عدد كم مداري]]،
* [[عدد كم مغناطيسي]]
* [[عدد كم مغزلي]].

اكتشف [[عدد كم مغزلي|عدد الكم المغزلي]] للإلكترون في عام 1925 ومقداره +1/2 أو -1/2 .
هذا العدد المغزلي هو رابع [[عدد كمي|أعداد الكم]] ومن خصائصه ترتيب [[إلكترون|الإلكترونات]] في [[نواة الذرة]] وهو المسؤول عن انشقاق خطوط الطيف فيما يسمى انشقاق [[بنية فائقة الدقة]]. كما يلعب دورا هاما في نشأة [[نجم نيوتروني|النجوم النيوترونية]].

يستخدم قياس العزم المغزلي [[بوزيترون|للبوزيترونات]] في [[طب|الطب]] للتصوير والتشخيص.

== اللف المغزلي للإلكترون ==
اللف المغزلي للإلكتروني يولد [[حقل مغناطيسي|مجالا مغناطيسيا]] الأمر الذي يجعل الإلكترون [[مغناطيس|كالمغناطيس]]. وفي الحقيقة ترجع خاصية [[مغناطيسية|المغناطيسية]] في المواد بصفة أساسية إلى اللف المغزلي للإلكترون وما يرافقه من عزم مغناطيسي (كذلك تولد الحركة المدارية للإلكترون في الذرات مجالا مغناطيسيا، ولكنه يكون أقل بكثير من العزم المغناطيسي المغزلي للإلكترون). يغزل الإلكترون في اتجاهين فقط:
* مع عقارب الساعة
* عكس عقارب الساعة

لذا فهو يأخذ قيمتين فقط +1/2 أو -1/2 ويرمز لهما أحيانا بالتعبيرين «فوق» و «أسفل».

ينشأ عن دوران الإلكترون حول النواة [[زخم زاوي|عزم زاوي]] (شبيه بالزخم الزاوي للأرض في دورانها في فلك حول الشمس)، بالإضافة إلى ذلك ينشأ عن غزله عزم زاوي داخلي (مثل دوران الأرض حول محورها ] , مما يعني:

: العزم الزاوي الكلي = العزم الزاوي المداري + العزم الزاوي المغزلي
* حيث العزم الزاوي الداخلي يحدد برابع أعداد الكم وهو [[عدد كم مغزلي|عدد الكم المغزلي]] s ,
* بينما يحدد العزم الزاوي المداري بثاني أعداد الكم وهو [[عدد كم مداري|عدد الكم المداري]] ''l''
* (يقترن الكم المداري (الحركي) بكم مغناطيسي، وهو يحدد ثالث الأعداد الكمومية الازمة لوصف حالة الإلكترون في الذرة وصفا كاملا، وهو [[عدد كم مغناطيسي|عدد الكم المغناطيسي]] l'' m ''.

== اللف المغزلي للجسيمات الأولية ==

اللف المغزلي Spin لأي [[جسيم أولي]] يكون ثابتا لا يتغير. وحتى باعتبار ان الجسيم نقطيا (أي ليست له مقاييس) وكانت [[طاقة حركية|طاقة حركته]] صفرا، فهو له عزمه المغزلي. توجد حتى الآن جسيمات ذات عزم مغزلي <math>0\hbar</math> و <math>\tfrac{1}{2} \hbar </math> و <math>1\hbar</math>
، ونجد فيها <math>\hbar</math> ثابت بلانك المخفض الذي يمثل «كم الشغل»؛ أي أصغر وحدة للقدرة توجد في الطبيعة وعدد كمومي
<math>s=0, \tfrac{1}{2}\!\!,\ 1,\ldots</math> وهو ما يسمى [[عدد كم مغزلي]].

اكتشف أن للإلكترون عزما مغزليا لأول مرة في عام 1925 وهو يساوي <math>\tfrac{1}{2} \hbar </math>
وكان ذلك لتفسير بعض الظواهر أطياف العناصر.<ref>G. E. Uhlenbeck, S. Goudsmit: ''Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons''. In: ''Naturwissenschaften''. Bd. 13 Nr. 47, 1925, S. 953.</ref> (اكتشاف العزم المغزلي للإلكترون (اقرأ [[عدد كم مغزلي|عزم مغزلي]]).

كما أعطي للبروتون العزم المغزلي <math>\tfrac{1}{2}\hbar</math> لتفسير بعض الشذوذ في [[حرارة نوعية|الحرارة النوعية]] لغاز [[هيدروجين|الهيدروجين]]، وكان ذلك في عام 1928 .<ref>
D.M.Dennison: ''A Note on the Specific Heat of the Hydrogen Molecule''. In: Proceedings of the Royal Society of London Series A. Bd. 115, 1927, S. 483–486. Warum ausgerechnet eine makroskopisch messbare Eigenschaft des H<sub>2</sub>-Moleküls zum Spin der Atomkerne führt, ist ausführlich beschrieben in Jörn Bleck-Neuhaus: ''Elementare Teilchen. Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Modell'' Kap. 7. Springer-Verlag 2010, ISBN=978-3-540-85299-5</ref>

اكتشف بعد ذلك أن جميع الجسيمات الأولية تتصف بأن لها كم مغزلي، بحسب أصنافها:

{|class="wikitable float-right"
! عزم مغزلي
! النوع
! أمثلة [[جسيم أولي|جسيمات أولية]]
|-
|align="center" |<math>0</math>
|
|[[بوزون هيغز]]
|-
|align="center" |<math>\tfrac{1}{2} \hbar </math>
|[[فرميون]]
|[[إلكترون]]، [[نيوترينو]]، [[كوارك]]
|-
|align="center" |<math>1 \hbar</math>
|[[بوزون]]
|[[فوتون]]، [[غلوون]]، [[بوزون|W-بوزون]] و[[بوزون|Z-بوزون]]
|-
|align="center" |<math>2 \hbar</math>
|
|[[جرافتون|جرافيتون]] <small>(مقترح)</small>
|}

حيث: <math>\hbar</math> [[ثابت بلانك|ثابت بلانك المخفض]].

وقدره <math>\hbar</math> = {{val|1.054571800||e=-34}} [[جول]]·[[ثانية]]

== جسيمان لكل منهما Spin 1/2 ==
محصلة العزم المغزلي لجسيمين مة ذوي العدد المغزلي 1/2 في نظام (مثل إلكترونين في الذرة) يمكن للمحصلتهما أن تتخذ المقدارين تكون <math>\,S\mathord=1</math> و <math>\,S\mathord=0</math> .

فإذا رمزنا لكل جسيم منهما بالرمز <math> \left|\uparrow\right\rangle\ , \left|\downarrow\right\rangle</math>
لحالة استقرارهما (حالة أرضية) فإنهما يكوّنان حالنين لهما الأعداد الكمومية <math>S</math> و <math>M_S</math> ؛

حيث <math>M_S</math> يمثل العزم المغناطيسي الناشيء عن العزم المغزلي للإلكترونين في إتجاه معين.

: <math>\{ \ \left|\upuparrows\right\rangle\ ,\ \tfrac{1}{\sqrt{2}}(\left|\uparrow\downarrow\right\rangle+\left|\downarrow\uparrow\right\rangle)\ ,\ \left|\downdownarrows\right\rangle \ \}\quad -</math> في حــــالة <math>\,S\mathord=1\;,\ M_S=+1,\,0,\,-1</math>

: أي أنها تشكل ([[حالة ثلاثية]] Triplett)؛ لأن <math>M_S</math> يمككن أت تتخذ ثلاثة قيم أو ثلاثة اتجاهات.

: <math>\tfrac{1}{\sqrt{2}}(\left|\uparrow\downarrow\right\rangle-\left|\downarrow\uparrow\right\rangle)\quad -</math> في حـــالة <math>\,S\mathord=0,\; M_S\mathord=0</math>

: أي أنها تشكل ([[حالة منفردة]]Singulett)؛ لأن <math>M_S</math> يمكن ان تتخذ قيمة أو اتجاه واحد.

في الحالتين عندما تكون <math> M_S\mathord =0</math> (أي عندما تكون مركبة مجموع العزمين المغزليين في الاتجاه z مساوية للصفر) فإنهما تشكلات أبسط حالة للتشابك. فهنا تعطي كل من محصلتي جمع العزمين المغزليين <math>\left|\uparrow\downarrow\right\rangle</math> und <math>\left|\downarrow\uparrow\right\rangle</math> وتكون مركبتهما في الاتجاه z مساوية 0 .

ولكن هذا لا ينطبق في حالة أن يكون للجسيمان عزمين مغزليين ليس متساويين؛ مثل أختلاف العزم المغناطيسي لإلكترون و[[بروتون]] في [[ذرة الهيدروجين]] حيث يختلفا بنسبة 1:700 . فإذا رمزنا للإلكترون بعزمه الكبير للتوضيح بالرمز <math>|\!\!\Uparrow\rangle</math> وبالتالي <math>|\!\!\Downarrow\rangle</math> , فإن الحالتين لــ <math> (M_S\mathord=0)</math> تصبحان <math>\tfrac{1}{\sqrt{2}}(\left|\Uparrow\downarrow\right\rangle \pm \left|\Downarrow\uparrow\right\rangle)</math>. كل للعضوين المجموعين هنا له عزم مغناطيسي كبير يعادل العزم المغناطيس للإلكترون ويكون متحا إما في الاتجاه (+z) أو في الاتجاه (-z), وتكون قيمة العزم المغناطيسي للذرة في حالة [[تشابك كمي|التشابك الكمي]] هذه في الاتجاه z مساوية للصفر. ويمكن رؤية أن الشرط أن يكون المجموعان
<math>\left|\Uparrow\downarrow\right\rangle</math> و <math>\left|\Downarrow\uparrow\right\rangle</math> في في حالة تشابك بالفعل حتى يتحقق ذلك.

== انظر أيضًا ==
* [[عدد كمي|أعداد الكم]]
* [[إحصاء فيرمي ديراك|إحصاء فيرمي-ديراك]]
* [[مبدأ استبعاد باولي]]
* [[عزم مغناطيسي]]
* [[أيزوسبين|ايزوسبين]]

== مراجع ==

{{مراجع}}
{{تصنيف كومنز}}
{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|ميكانيكا الكم|فيزياء}}

[[تصنيف:تناظر دوراني]]
[[تصنيف:كميات فيزيائية]]
[[تصنيف:نظرية الحقل الكمومي]]

لف مغزلي - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: /* مراجع */