전자스핀에 대하여

전자스핀에 대하여

작성일 2013.03.25댓글 1건
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물리/화학 비전공자입니다. 어렵게 수식을 사용하지 않고, 그냥 쉽게 말로써 설명해주시면 고맙겠습니다.



질문이 2개 있습니다.....  


질문1
전자의 스핀이 + 1/2, -1/2을 갖는다고 하여, 그림으로 설명된 것을 보면

 
① ms = +1/2 , ② ms = -1/2 으로 되어 있는데,  이해가 안되요..

① 그림은 왼손의 엄지손가락이 N 방향을 향하고, 나머지 4손가락을 구부렸을 때 손가락의 방향과 동일한 모형인데요, ②도 마찬가지로 왼손 엄지손가락이 N 방향을 향하고, 나머지 4손가락을 구부렸을 때 손가락의 방향과 동일하므로, 
①과 ②는 동일한 것으로 보이는데, 왜 ①은 ms = +1/2가 되고, ② ms = -1/2가 되는지요?


제 생각에는 아래 그림처럼 
③은 오른손, ④는 왼손으로 되어 구분이 되는 것 같은데요.....


질문2

HANS 블로그에 보면

스핀은 회전 대칭성의 정도라고 생각하면 가장 적절할 것이다. 전자기장에는 연관된 입자가 있는데, 바로 광자(photon)이고 스핀 값은 1이다. 360도 회전하면 원래의 모습으로 돌아온다는 의미이다. 중력장에도 중력자(graviton)라는 입자가 있어서 스핀 값은 2이다. 180도 회전하면 원래대로 돌아온다. 물질을 구성하는 알려진 입자들, 가령 전자는 스핀 값이 1/2인데, 따라서 720도 회전해야 원래의 모습으로 돌아온다. 

이라고 나오는데요, 위 내용중
스핀 1일 경우 360˚ 회전하면 원래 모습으로 돌아오는 것은 그렇다 하더라도,
720˚를 회전해야 원래의 모습으로 돌아온다는 것이 이해가 안됩니다.

모든 물체 등은 90˚ 180˚ 360˚ 회전하면 원래의 모습으로 돌아 올 수 있어도, 720˚ 회전이라니요?


스핀과 관련된 네이버 질문/답변 등을 읽어 보아도, 무슨 이야기인지 이해가 되지 않습니다.
제가 읽어본 내용들입니다... 질문/답변1   질문/답변2   질문/답변3 



profile_image 익명 작성일 -

 처음 의문은 이해가 잘못 되신겁니다. N, S는 자극이 그렇게 주어진게 아니고 전자의 스핀때문에 생겨난 자극입니다. 즉 그림 1처럼 전자가 자전하면 전자의 전하가 전류 효과를 주어 자극이 위쪽에 N극, 반대로 회전한다고 가정하면 아래쪽에 N극이 나타난다는 뜻입니다. 이건 전자의 자기모멘트값을 설명하는 방식인데 자전이라는 개념이 양자적 개념이 아니기 때문에 이런 이해는 그저 비유로 받아들이고 그냥 전자 스핀의 효과 때문에 전자가 자기장에서 자기모멘트 값을 준다. 그런 경우 +/- 두 경우의 값이 나타날 수 있다 정도로 이해하시면 됩니다.

 

두번째 의문은 입자의 회전 대칭성에 대한 것인데 회전각으로 설명한 것은 처음보는 설명이네요. 별로 좋은 설명인지 잘 모르겠네요. 스핀의 값은 회전 대칭성을 따질 때 exp(2pi*spin값*i) (i = (-1)^(1/2))의 위상 팩터가 파동함수에 곱해지는 형태가 됩니다. 그래서 spin값이 정수면 위상 팩터가 1이 되어 대칭성을 만족하며 이런 입자를 보존이라 부릅니다. 보존은 대칭성 때문에 한 상태에 많은 입자들이 동시에 들어갈 수 있습니다. 그러나 스핀값이 (홀수)/2의 형태면 회전 대칭성에서 위상팩터가 -1이 되어 반대칭성을 보입니다. 이런 경우 페르미온이라 부르는데 이 때 두 입자가 같은 상태로 들어오게 되면 전체 파동함수가 반대칭성을 만족할 수 없습니다. 그래서 페르미온 입자는 한 상태에는 한 입자만이 들어갈 수 있습니다.

 

스핀에 대한 내용은 그 내용이 어렵진 않으나 대응되는 고전모델이 없는관계로 이해하기가 어려울 수 있습니다. 어차피 스핀 효과는 입자가 자기장 안에 들어갈 때 지만효과 같은 현상을 통해 나타나므로 그저 전자의 상태를 규정짓는 하나의 변수라 생각하시면 됩니다.

전자스핀에 대하여

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