Ze středoškolské chemie si ještě pamatujeme, že elektrony charakterizujeme mj. tzv. spinovým číslem. Spin se pokládá za obdobu momentu hybnosti, za něco jako vnitřní rotaci částice. Doslova to ale samozřejmě neplatí: Pokud by částice skutečně rotovala, pak by vzhledem k velikosti elektronu byla oběžná rychlost na jeho povrchu vyšší než rychlost světla…
Z toho důvodu je asi lépe chápat spin za něco jako klidovou hmotnost, tedy vlastnost částici skutečně vlastní (:-)), kterou má i částice v klidu – podobně jako má i klidovou energii o velikost E = m * c^2. Spinovou "rotaci" totiž nelze zastavit, trvale k částici patří.
Spin má z hlediska stavby atomu ten význam, že umožňuje, aby dva elektrony zaujaly stejné stavy lišící se pouze opačnou hodnotou spinového čísla (+ nebo – 1/2). Do každé vrstvy se tak může dostat dvojnásobek elektronů a díky tomu existuje větší množství stabilních prvků.
Rozlišujeme částice s celočíselným spinem (bosony – foton, pion, kaon) a zlomkovým spinem (fermiony – elektron, proton, neutron).
Obecně platí, že bosonům nevadí, pokud jsou dvě částice vedle sebe ve stejném kvantovém stavu. V předešlých řádcích jsme si libovali, že do jednoho stavu se díky spinu vejde více než jeden elektron, ale na situaci se lze podívat i z opačné strany. Pokud by elektron byl bosonem, vešlo by se jich do atomové slupky vlastně libovolně a vůbec by nemohly existovat stabilní elektronové vrstvy s určitým předem daným maximálním počtem elektronů.
(Zdroj: Jan Fischer: Průhledy do mikrokosmu, Mladá fronta, Praha, 1986 – pokud vím, nic podobného bohužel od té doby nevyšlo :-()
Ještě jsem si vzpomněl na výklad spinu z Hawkingovy Stručné historie času:
Definice spinu coby "vlastnosti rotace": analogie – částice se spinem 0 je všude stejná, se spinem 1 se musí otočit o 360 stupňů, aby se dosáhlo původního vzhledu, u spinu 2 je totéž o 180 stupňů. Zvláštností je, že některé částice k dosažení původního vzhledu nestačí otočit kolem své osy 1krát, ale 2krát – ty pak mají spin 1/2. V tomto případě zřejmě neexistuje makroskopický ekvivalent jevu….
ps: omluva – bosony a fermiony zde byly samozřejmě původně na jednom místě otočené, jak správně uvádí čtenářův komentář. Mr. Brunixovi děkuji za kritický rozbor a doufám jen, že podobné nepřesnosti se zde nestanou pravidlem :-(. Ten zákon, podle kterého v jednom atomu nemohou existovat současně dva elektrony se všemi čtyřmi kvantovými čísly shodnými, se označuje jako Pauliho vylučovací princip.
