[공학]스핀의 원리와 파울리의 베타원리

소개

스핀의 원리와
파울리의 베타원리에 대하여 조사하였습니다

목차

What is Spin?
1. 스핀의 등장배경
2. 스핀이란?
Pauli Exclusion Principle
1. 파울리의 배타원리의 등장배경
2. 파울리의 배타원리란?

본문내용

1. 스핀의 등장배경
소립자나 그 밖의 원자적 입자의 기본성질을 나타내는 물리량이다. 이상제만효과의 원인을 설명하기 위해 만들어진 물리량으로 입자의 자전에 의한 각운동량에 해당하며 양자역학의 발전에 큰 역할을 하였고, 소립자들의 특징을 밝히는 중요한 물리량이다.

2. 스핀이란?
자연계에 존재하는 모든 입자들은 스핀이라고 불리는 물리량을 갖고 있다. 예를 들어 원자를 구성하는 전자, 중성자, 양성자들은 스핀이 1/2이고, 광자, W, Z 입자들은 스핀이 1이다. 아직 발견되지는 않았지만 모든 입자에 질량을 주는 데 관여하는 힉스입자는 스핀이 0이다. 그리고 중력을 전달하는 중력자는 스핀이 2인 입자이다. 이와 같이 모든 입자는 일정한 스핀을 가지고 있으며, 입자들이 가질 수 있는 스핀은 0, 1/2, 1, 3/2 등과 같이 1/2의 정수배의 값만을 가진다.
스핀이라는 용어를 들어보면 무엇인가 회전한다는 느낌이 든다. 그러면 스핀을 생각하기 전에 물체가 회전운동을 할 때 이러한 운동을 어떻게 기술하는지 살펴보자. 질량이 m인 물체가 원점에서 벡터r만큼 떨어져 있고, 속도가 벡터v이고 벡터r과 벡터v사이의 각도를 θ라고 하자. 이 물체는 반시계 방향으로 회전하려고 한다.
이 경우 만일 각도 θ가 0이라면 물체는 회전하지 않으며, 90도일 경우에는 일정한 크기의 속력에 대해서는 가장 효율적으로 회전한다. 이러한 특징을 잘 설명하는 물리량이 바로 벡터인 각운동량이다. 각운동량의 크기는 L=mrv sinθ로 주어지고 그 방향은 오른손의 네 손가락을 엄지와 수직으로 펴고, 벡터r에서 벡터v로 네 손가락을 거머쥘 때 엄지손가락이 가리키는 방향이다. 지면에 그림을 그릴 경우 지면에서 수직으로 나오는 방향이다.
회전하는 물체는 회전 중심에 대해 각운동량을 가지고 있다. 이와 같이 물체가 운동을 하기 때문에 가지는 각운동량을 ‘궤도 각운동량’이라고 한다. 따라서 입자가 정지해있을 때 궤도 각운동량은 0이다. 그렇다면 입자가 정지해있을 때 각운동량은 0일까. 반드시 그렇지는 않다. 입자는 정지해있더라도 고유한 성질로 각운동량을 가지고 있다. 1922년에 독일 물리학자인 ‘쉬테른’과 ‘게를라흐’는 전자가 가지고 있는 고유한 각운동량이 0이 아니라는 사실을 실험을 통해 밝혀냈다. 한편 파울리는 운동에 상관없이 모든 입자가 가지고 있는 고유한 각운동량을 ‘스핀 각운동량’이라고 부르고 이에 대한 많은 연구를 했다.

참고자료

· 없음