Спин элементарных частиц
Теперь нам осталось уяснить подробнее последний важный момент: что определяет валентность атома? Здесь нам придется предварительно познакомиться с еще
одним фундаментальным свойством элементарных частиц, о котором еще не было сказано ни слова. Это так называемый спин. Именно спин в сочетании с принципом Паули позволил Гайтлеру и Лондону в Англии построить квантовую теорию химической связи и объяснить валентность.
Спин наглядно соответствует как бы «собственным вращениям» частиц. Было бы, однако, наивно представлять себе что-то вроде волчков, вращающихся вокруг своей оси. Не нужно забывать, что частицы вовсе не шарики и вообще не тот объект, портрет которого мог бы написать самый изощренный художник. Во всяком случае художник-натуралист. Наши наглядные представления хороши для мира «больших вещей», для макромира, но мало чем могут помочь, когда мы начинаем изучать явления микромира.
Здесь вы, с удивлением прочитав и то, что спин связан с собственным вращением, и то, что одновременно ни о каком наглядном механическом вращении частиц говорить нельзя, можете почувствовать, что с вами обращаются дурно, и спросить в упор: а что же такое спин?
Если из ствола нарезного ружья вылетает пуля, то она на лету вращается вокруг продольной, т. е. совпадающей с направлением полета, оси. Представьте теперь себе момент охоты очень сильно закрученными пулями (нечто в духе Мюнхгаузена). Засевшая в мишени пуля сообщит ей свое вращение и мишень начнет вращаться в ту же сторону, что и пуля. Физики говорят, что вращательный момент, который первоначально был только у пули, распределился между пулей и мишенью, в которой она застряла. Вращательный момент системы тел не может сам по себе, без воздействия со стороны, ни увеличиваться, ни уменьшаться. Это составляет суть закона сохранения вращательного момента или момента количества движения. Однако дело не в терминах. Для нас они не так уж важны. Не понадобится нам и точная формулировка этого важнейшего закона сохранения, по праву занимающего место рядом с законами сохранения энергии и количества движения. Важно усвоить только то, что по вращению мишени можно (причем точно, количественно!) судить о бывшем вращении пули.
А теперь представьте себе, что мишень обстреливается электронами или другими элементарными частицами и поглощает их. Если все частицы закручены в одну сторону, то, поглощаясь, они должны сообщить вращение мишени. Так вот, чем больше спин, тем сильнее начнет вращаться мишень.
Нет нужды пытаться бесплодно искать объяснение спина в каких-либо механических картинках. В опытах с мишенью мы имеем принципиальную схему того, как этот спин можно измерять, а это уже очень много. Конечно, мы коснулись лишь самой поверхности явления — за ней скрываются сложнейшие особенности законов движения и взаимодействия элементарных частиц. Однако уже эта внешняя сторона позволяет сравнивать спины различных частиц и дает тем самым некоторое представление о новом свойстве объектов микромира.
