原子結構與光譜
電子自旋(electron spin)
人們很容易把電子想象成一個小陀螺,像地球那樣繞自己的軸旋轉。這個畫面給了這一概念名字,也解釋了電子為何表現得像個有南北極的微型磁鐵。但這畫面只是拐杖:電子自旋是一種真正的量子性質,背後並沒有一個真的在轉的小球。
電子自旋是每個電子都攜帶的一種內稟角動量,與它在空間中的任何運動無關。它是量子化的:一個電子只能是「自旋向上」或「自旋向下」,習慣上記為 +½ 或 −½。這份自旋賦予電子一個磁矩,因而原子會對磁場作出響應;它也提供了第四個量子數,使一個電子的描述得以完整。
自旋至關重要:包立不相容原理把每個軌道限制為兩個電子時,數的正是它;磁性、譜線的分裂、以及磁共振成像的運作,也都以它為基礎。需要誠實說明的是:實際上並沒有任何東西在真的轉動——自旋沒有經典對應物,若把它當成物理上的旋轉推得太遠,這個類比就會失效。
在著名的斯特恩–格拉赫實驗中,一束銀原子穿過不均勻的磁場後,恰好分裂為兩束——中間從無一片連續的彌散。這種乾淨俐落的二分,正是外層電子自旋只能取兩個值(向上或向下)的直接證據。
自旋是只有兩個取值的量子角動量——向上或向下。
同一軌道中成對的兩個電子自旋相反,磁效應相互抵消;而孤立的未成對電子會讓原子帶有磁性(順磁性)。
又稱
另見