Elektronenspin

Der Spin eines Elektrons ist neben Masse und elektrischer Ladung eine der grundlegenden Eigenschaften des Elektrons. Anders als Masse und Ladung ist der Elektronenspin jedoch eine rein quantenmechanische Größe, die der Anschauung nicht zugänglich ist.

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Der Spin des Elektrons kann zwei Werte annehmen, die gewöhnlich als +1/2 und -1/2 bezeichnet werden. Aufgrund der Symmetrie des Spins unter Rotationen wird der Spin oft analog zum klassischen Drehimpuls verstanden, obwohl die Analogie nur beschränkt gültig ist. Insbesondere ist es falsch, anzunehmen, das Elektron sei ein rotierender Kreisel, und der Spin gebe die Rotationsrichtung an; der Spin ist eine intrinsische Eigenschaft des Elektrons, die man (bislang) nicht auf eine innere Struktur des Elektrons zurückführen kann.

Mit dem Elektronenspin ist ein magnetisches Moment assoziiert, welches eine direkte Messung der Spinrichtung erlaubt. Ein Strahl unausgerichteter Silberatome lässt sich durch ein Magnetfeld nach der Spinrichtung in zwei Strahlen aufspalten (Stern-Gerlach-Versuch). Das s-Elektron der äußersten Schale gibt dem Silberatom den Spin von ca. 1/2, die abgeschlossenen inneren Schalen ergeben hingegen weder Spin- noch Bahnmoment.

Indirekt wird der Elektronenspin im Schalenmodell der Atome sichtbar (Pauli-Prinzip).

Der Elektronenspin wurde 1925 von Samuel Abraham Goudsmit und George Eugene Uhlenbeck zur Erklärung der Feinstrukturaufspaltung der von Linien in den Spektren wasserstoffartiger Atome (z.B. der Natrium-D-Linie) sowie des anomalen Zeeman-Effektes postuliert.

Literatur

• G.E. Uhlenbeck & S. Goudsmit: Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons. Naturwissenschaften 47 (1925) 953
• S. Goudsmit & G. E. Uhlenbeck: Spinning Electrons and the Structure of Spectra. Nature 117 (1926) 264-265