Что такое спин в физике?

Вопрос: Что такое спин в физике?

Ответ: Понятие спина целиком и полностью относится к квантовой механике. Основы квантовой механики были заложены в начале XX века.

Рассмотрим сложную частицу (скажем, атомное ядро), покоящуюся как целое и находящуюся в определенном внутреннем состоянии. Помимо определенной внутренней энергии она обладает также и определенным по своей величине $\vec{L}$ моментом ($L$ -- у нас целое или полуцелое число, так как в случае квантовой механики энергия и момент импульса изменяются скачками -- квантами), связанным с движением частиц внутри нее (в классической механике момент характеризует вращение тела); этот момент может еще иметь $2L+1$ различных ориентаций пространстве (проекция момента на ось z должна меняться квантовым образом от $-L$ до $L$ -- отсюда и $2L+1$ возможных комбинаций ориентации частицы с моментом $L$ в пространстве). Другими словами, при рассмотрении движения сложной частицы как целого мы должны, наряду с координатами, приписывать ей еще и одну дискретную -- проекцию ее внутреннего момента на некоторое избранное направление в пространстве.

Но при указанном выше понимании смысла момента становится несущественным вопрос о его происхождении, мы приходим естественным образом к представлению о "собственном" моменте, который должен быть приписан частицы вне зависимости от того является ли она "сложной" или "элементарной" (неделимой).

Таким образом, в квантовой механике элементарной частице следует приписать некоторый "собственный" момент, не связанный с ее движением в пространстве. Это свойство элементарных частиц является специфически квантовым (исчезающим при переходе к классической механике) и поэтому принципиально не допускает классической интерпретации. В частности было бы совершенно бессмысленным представлять себе "собственный" момент элементарной частицы как результат ее вращения "вокруг своей оси" (размер электрона равен 0 -- совершенно непонятно как его вращать).

Собственный момент частицы называют ее СПИНОМ, в отличии от момента, связанного с движением частицы в пространстве, о котором говорят как об орбитальном моменте.

Физическая идея о наличии у электрона собственного внутреннего момента была высказана Уленбеком и Гаудсмитом (G. Uhlenbeck, S. Gaudsmit, 1925). В квантовую механику спин был введен Паули (W. Pauli, 1927).

На естественный для физика вопрос: А можно ли жить без спина? -- ответа нет, так как отсутствие спина требует кардинальной переделки всей квантовой механики, которая подтверждается множеством экспериментов. На сегодня существование спина у элементарных частиц сомнению не подвергается.

Рекомендуемая литература: Феймановские Лекции по Физике, 8-9 том, квантовая механика