Spin là gì

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

142
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mô men xung lượng và là một hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy, không cùng với những sự tương đồng trong cơ học cổ điển.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Spin là gì

Spin là gì Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mô men xung lượng và là một hiện tượng của cơ học lượng tử thuần túy, không cùng với những sự tương đồng trong cơ học cổ điển. Trong cơ học cổ điển, mô men xung lượng được phát triển từ xung lượng cho sự quay của một vật có khối lượng, và được biểu diễn bằng công thức L = r × p, nhưng spin trong cơ học lượng tử vẫn tồn tại ở một hạt với khối lượng bằng 0, bởi vì spin là bản chất nội tại của hạt đó. Các hạt cơ bản như electron có thể có spin khác 0, ngay cả khi nó được coi là chất điểm và không có cấu trúc nội tại. Khái niệm spin được đưa ra lần đầu vào năm 1925 bởi Ralph Kronig và, đồng thời, bởi George Unlenbeck và Samuel Goudsmit một cách độc lập. Một hạt cơ bản như electron có thể quay trên một quỹ đạo xung quanh hạt nhân như Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Chỉ có điều khác, cách miêu tả sự tự quay của electron khác với cách miêu tả sự tự quay của Trái Đất. Khi một đối tượng quay quanh mình nó, tất cả các điểm trên trục quay, giống như tâm điểm của một đĩa quay, đều không chuyển động. Tuy nhiên, nếu một vật nào đó có dạng điểm, thì nó sẽ không có những điểm khác nằm ngoài bất kỳ trục quay nào. Và như vậy, sẽ không có chuyển động tự quay của một hạt điểm. Tuy nhiên, suy luận trên đã bị nghi ngờ bởi những nhà vật lý lượng tử. Năm 1925 , hai nhà vật lý người Hà Lan là George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit đã nhận thấy rằng một khối lượng lớn các số liệu khó hiểu liên quan đến
những tính chất của ánh sáng phát xạ và hấp thụ bởi các nguy ên tử có thể giải thích được nếu như giả thiết rằng electron có những tính chất từrất đặc biệt. Trước đó, nhà vật lý người Pháp, Andre Marie Ampere đã chứng tỏ được rằng các điện tích chuyển động sinh ra từ trường, George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit đi theo hướng đó và đã phát hiện ra chỉ có một loại chuyển động đặc biệt của electron mới tạo ra được những tính chất từ phù hợp với các số liệu đo được: đó là chuyển động tự quay, hay còn gọi là spin. Hai ông đã viết một bài báo ngắn, với kết luận "các electron vừa quay vừa tự quay". Theo bài báo ngắn trên, mỗi electron trong vũ trụ luôn luôn và mãi mãi quay với một tốc độ cố định và không bao giờ thay đổi. Spin của electron không phải là một trạng thái chuyển động nhất thời như đối với những vật quen thuộc mà vì một nguyên nhân nào đó khiến cho chúng tự quay. Spin của electron là một tính chất nội tại, cố hữu giống như khối lượng và điện tích của nó. Nếu một electron không có spin thì nó không còn là một electron nữa. Ý tưởng về spin ban đầu chỉ tập trung vào electron, nhưng sau đó các nhà vật lý đã mở rộng ý tưởng này với tất cả các hạt vật chất được liệt kê trong bảng các họ hạt cơ bản, cùng với hạtgraviton, là hạt ảo hay hạt truyền tương tác trong tương tác hấp dẫn. Công thức toán học cho spin Toán tử của Spin A biểu diễn gần giống với toán tử mô men xung lượng L, ở đó l = 1/2. Toán tử spin có 2 giá trị cực biên là ,ở đó là hằng số Planck, sẽ ứng với hai trạng thái Spin up và Spin down. Không khó khăn lắm để đo được spin ở một hướng - toán tử tương ứng sẽ là ở đó n là vectơ đơn vị theo hướng tùy thích và là toán tử vector spin còn σ-s là ma trận Pauli. Ví dụ, muốn đo spin theo hướng Z trong trục tọa độ Đề Cát. Sẽ có 2 vị trí trạng thái cực biên - Spin up và Spin down. Nếu ta có một vectơ tọa độ như sau
Thì toán tử tương ứng trong biểu diễn trên sẽ là Được gọi là ma trân bi u di n. Các phép toán tử̀ trong các vectơ tọa độ được ̣ gọi là spinor Ứng dụng của spin Có một ngành khoa học mới ra đời mang tên Spintronics (Điện tử học spin).Tên gọi này bắt nguồn từ việc sử dụng spin hay moment từ của electron thay vì sử dụng điện tích của nó trong các ngành như microelectronics .Tính chất từ của electron hay spin của nó được giải thích bởi Dirac khi nhà vât lý thiên tài này trong nỗ lực kết hợp cơ học lượng tử và thuyết tương đối. Các dụng cụ sử dụng tính chất spin của điện tử có thể được dùng trong các máy tính lượng tử và thông tin lượng tử trong tương lai. Thực tế là sự định hướng của spin điện tử được sử dụng trong các cảm biến từ, đặc biệt là trong cácđầu đọc và ổ cứng từ. Trong tất cả các môi trường ghi từ thì bề mặt ghi có chứa các lớp từ, các lớp từ này được chia thành các vùng từ nhỏ (magnetic domains). Moment từ của các vùng từ này được biểu diễn bởi hai trạng thái thông tin ‘0’ và ‘1’. Trong trường hợp của ổ đĩa cứng, các trạng thái này đươc đọc bởi một dụng cụ mỏng và nhạy có chứa các lớp vật liệu từ và không từ xen kẽ nhau. Ưu điểm thứ hai của các dụng cụ sử dụng tính chất của spin là khả năng tích trữ. Trong những năm gần đây, nhờ sự phát hiện của hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR), mà khả năng tích trữ của các vật liệu từ tăng lên một cách nhanh chóng. Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ được khám phá bởi Albert Fert (thuộc trường đại học Paris 11 và Peter Grunberg, nó bắt nguồn từ spin-up và spin-down của điện tử gặp các trở kháng khác nhau khi chúng đi qua các lớp từ. Các điện tử với spin định
hướng cùng chiều (sắt từ) sẽ gặp một sự trở kháng bé hơn so với các điện tử có spin định hướng ngược chiều nhau. Sau sự ra đời của GMR, thì TMR (tunnelling magnetoresistance) cũng ra đời, nó sinh ra một sự thay đổi điện trở lớn hơn nhiều so với GMR trong một trường bé. Kỉ niệm 50 năm ngày Yuri Gagarin bay vào vũ trụ Cách đây 50 năm nhà du hành Yuri Gagarin trở thành người đầu tiên bay vào vũ trụ, ghi một dấu ấn đậm nét trong lịch sử loài người và tạo nên một trong những thành quả vĩ đại nhất của Liên Bang Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Xô-Viết. Chuyến bay vào ngày 12/4/1961 của Gagarin, khi đó 27 tuổi, vẫn là niềm tự hào của người dân Liên Xô trước đây và Nga hiện nay. Họ coi đó là thành tựu lớn nhất của đất nước trong thời kỳ xã hội chủ nghĩa. Cái chết của Gagarin trong một vụ tai nạn 7 năm sau đó càng khiến tên tuổi của ông được tôn kính hơn. Phi thuyền Phương Đông cùng Gagarin được phóng lên quỹ đạo trái đất từ sân bay vũ trụ Baikonur tại Kazakhstan vào lúc 9h07 giờ Matxcơva ngày 12/4/1961. Sau khi hoàn thành chuyến bay, Gagarin nhảy ra khỏi khoang và hạ cánh an toàn bằng dù. Ông đáp xuống một cánh đồng tại tỉnh Saratov. Toàn bộ chuyến bay kéo dài trong 108 phút.
Những người đầu tiên gặp Gagarin khi ông hạ cánh là bà Anna Takhtarova, một nông dân, và đứa cháu 4 tuổi có tên Margarita. “Tôi thấy một vật gì đó rất to màu vàng cam với chiếc đầu khổng lồ lao về phía chúng tôi. Bà tôi giúp Yuri Gagarin cởi chiếc mũ sắt bằng cách nhấn một nút nào đó. Khi một khuôn mặt hiện ra cùng nụ cười thì chúng tôi hiểu rằng một con người đang đứng trước chúng tôi”, Margarita, đứa bé 4 tuổi ngày ấy, hồi tưởng trong buổi phỏng vấn do nhật báo Komsomolskaya Pravda tổ chức. Hàng trăm nghìn người dân Nga tràn ra các đường phố ở thủ đô Matxcơva của Liên Xô cũ khi biết tin Gagarin bay vào vũ trụ thành công. Sự kiện đó cho thấy vai trò dẫn đầu của Liên Xô trong cuộc chạy đua vào vũ trụ. Vị trí đó thuộc về Liên Xô cho tới khi Mỹ đưa người lên mặt trăng vào năm 1969. Sự hiện diện của Gagarin tại Nga được thể hiện qua bức tượng titan có chiều cao 40 m của ông tại Matxcơva. Hai cánh tay của ông dang rộng sang hai bên giống như siêu nhân chuẩn bị bay lên trời. Tổng bí thư Nikita Khrushchev, nhà lãnh đạo tối cao của Liên Xô lúc đó, đã sử dụng tiếng tăm của Gagarin để thúc đẩy hòa bình trên thế giới. Nhà du hành được phái tới nhiều nước với tư cách là sứ giả hòa bình và hữu nghị. Ông gặp gỡ nhiều nhà lãnh đạo, trong đó có Nữ hoàng Anh. “Thành tựu này cho thấy tài năng của nhân dân Xô Viết và chế độ xã hội chủ nghĩa”, AFP dẫn một câu trong tuyên bố của Điện Kremlin sau ngày 12/4/1961. Mỹ đáp trả Liên Xô một cách khiêm tốn bằng cách đưa phi hành gia Alan Shepherd lên quỹ đạo vào ngày 5/5/1961. Tuy nhiên, chuyến bay của Shepherd chỉ diễn ra trong 15 phút 22 giây nên tàu không thể bay hết một vòng quanh địa cầu. Mãi tới gần một năm sau chuyến bay của Gagarin, Mỹ mới thực hiện được chuyến bay vòng quanh trái đất. Chuyến bay, mang theo phi hành gia John Glenn, diễn ra vào
ngày 20/2/1962. AFP nhận định chính phủ Nga sẽ tranh thủ dịp kỷ niệm 50 năm ngày Gagarin bay vào vũ trụ để giúp người dân Nga và thế giới nhớ lại những thành tựu của Liên Xô cũ, đồng thời nhắc nhở dư luận rằng Nga vẫn là một cường quốc trên trường quốc tế. Gagarin được chính phủ Liên Xô lựa chọn chỉ 4 ngày trước khi tàu Phương Đông được phóng. Quyết định này khiến ông trở nên nổi tiếng khắp hành tinh. Thậm chí sự nổi tiếng của Gagarin còn làm lu mờ vai trò của Sergei Korolev, người thiết kế phi thuyền đưa Gagarin lên quỹ đạo. Là một nhà khoa học xuất chúng, Korolev từng bị giam trong chiến dịch thanh trừng của nhà lãnh đạo Stalin. Tuy nhiên, ông đã sống sót và làm việc không mệt mỏi khi tham gia chương trình vũ trụ của Liên Xô. Korolev qua đời vào năm 1966 khi đang nghiên cứu một loại tên lửa lớn có tên N1. Ông hy vọng N1 có thể giúp Liên Xô đưa người lên mặt trăng. Khi Gagarin tử nạn vào ngày 27/3/1968, người ta tìm thấy một bằng lái xe, 40 rúp và một ảnh Korolev trong túi của ông. Chỉ hơn một năm sau ngày Gagarin tử nạn, phi hành gia người Mỹ Neil Armstrong đã đặt những bước chân đầu tiên của con người lên mặt trăng. Phi thuyền chở Armstrong hạ cánh lên mặt trăng vào ngày 20/7/1969.